Эффект Комптона

Корпускулярные свойства света отчетливо проявляются в эффекте Комптона — упругом рассеянии коротковолнового электромагнитного излучения (рентгеновского и γ -излучений) на свободных (или слабосвязанных) электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны. Это увеличение Δλ=λ'–λ не зависит от длины волны λ падающего излучения и природы рассеивающего вещества, а определяется только углом рассеяния θ:

где λ' — длина волны рассеянного излучения, λ_C — комптоновская длина волны. При рассеянии на электроне: .

Фотон (с энергией ε_γ=hv и импульсом p_γ=hv/c), столкнувшись с электроном (энергия покоя W_o = т_ес², т_е — масса покоя электрона), передает ему часть своей энергии и импульса и изменяет направление движение (рассеивается). В процессе этого упругого столкновения выполняются законы сохранения энергии W₀+ ε_γ =W + ε’_γ и импульса , где

— релятивистская энергия электрона после столкновения, Таким образом т_ес² + hv = + hv',

. Отсюда m_ec²(v -v') = hvv'cosθ. С учетом v = с/λ, получим Δλ =2 λ _Csin²(θ /2).

Эффект Комптона не может наблюдаться в видимой области спектра, поскольку энергия фотона видимого света сравнима с энергией связи электрона с атомом, при этом даже внешний электрон атома нельзя считать свободным.

Эффект Комптона, излучение черного тела и фотоэффект служат доказательством квантовых (корпускулярных) представлений о свете как о потоке фотонов.