Kas yra Compton efektas?

Komptono efektas yra energijos perdavimas iš šviesos ir kitos elektromagnetinės spinduliuotės, tokios kaip rentgeno ir gama spinduliai, į stacionarias subatomines daleles, tokias kaip elektronai. Šis stebimas efektas patvirtina teoriją, kad šviesą sudaro dalelės, vadinamos fotonais. Perduodama energija yra išmatuojama, o sąveika atitinka energijos tvermės dėsnius. Tai yra, bendra fotono ir elektrono energija prieš susidūrimą yra lygi dviejų dalelių bendrai energijai po susidūrimo. Antrinis ir susijęs fotonų ir elektronų susidūrimo rezultatas yra žinomas kaip Komptono sklaida, kuri stebima kaip fotonų krypties pasikeitimas po susidūrimo, taip pat jų bangos ilgio pasikeitimas.

XX amžiaus pradžioje žymus fizikas Maxas Planckas iškėlė teoriją, kad elektromagnetinė energija, tokia kaip matoma šviesa ir kita spinduliuotė, susideda iš atskirų energijos paketų, vadinamų fotonais. Be to, šie paketai turėjo būti be masės, bet turėti individualų pobūdį ir kartais elgtis taip, kaip ir dalytis tam tikromis savybėmis su kitomis subatominėmis dalelėmis, kurių masė yra stebima. Atlikus daugybę eksperimentų ir skaičiavimų, ši teorija buvo priimta, o kai 20 m. fizikas Arthuras Holly Comptonas pastebėjo ir užfiksavo Komptono efektą – elektronų sklaidą dėl jų energijos sugerties iš fotonų, Plancko teorija buvo dar labiau sustiprinta.

Komptono darbas su reiškiniu, kuris tapo žinomas kaip Komptono efektas, vėliau pelnė jam Nobelio fizikos premiją. Komptonas pastebėjo, kad fotonai gali perduoti energiją subatominėms dalelėms, tokioms kaip elektronai, todėl jos išsisklaido arba nutolsta nuo pradinės padėties. Tam tikromis sąlygomis elektronai gali būti atskirti nuo pirminių molekulių, juos jonizuoti arba pakeisti jų grynąjį elektros krūvį iš neutralaus į teigiamą, pašalinus neigiamai įkrautą elektroną.

Jis taip pat pastebėjo, kad po susidūrimo fotono bangos ilgis padidėjo, tiesioginis jo energijos praradimo elektronui rezultatas ir yra susijęs su nukreipimo kampu keičiant kryptį, kuris yra žinomas kaip Komptono sklaida. Šis ryšys apibrėžiamas lygtimi, vadinama Compton formule. Įprasta analogija, naudojama paaiškinti Komptono efektą, yra stacionarių biliardo kamuoliukų sankaupos smūgis judančiu kamuoliuku. Simbolinis rutulys tam tikrą savo energiją perduoda kitiems rutuliukams, kurie išsisklaido, kai kamuoliukas juda kita kryptimi mažesniu greičiu. Nors šviesos greitis yra pastovus, sumažintas signalinio rutulio greitis yra analogiškas žemesnės fotono energijos būsenai po susidūrimo su elektronu, kuri pasireiškia dėl ilgesnio bangos ilgio, o ne dėl sumažinto greičio.