Эффект Комптона. Наиболее полно корпускулярные свойства света проявляются в эффекте Комптона

Наиболее полно корпускулярные свойства света проявляются в эффекте Комптона. В 1923 г. американский физик А. Комптон, исследуя рассеяние рентгеновских лучей различными веществами, обнаружил, что в рассеянных лучах, наряду с излучением первоначальной длины волны , содержатся лучи большей длины волны .

Разность длин волн оказалась не зависящей от длины волны и от природы рассеивающего вещества, но зависящей от направления рассеяния.

Экспериментально была установлена закономерность:

, (11)

где Å – комптоновская длина волны – величина изменения длины волны при рассеянии под прямым углом.

При столкновении фотонов (рис.11) со свободными электронами наблюдается рассеяние фотонов с измененной частотой, а электроны , испытывающие соударение с фотонами, получают импульс и энергию, благодаря чему они начинают двигаться в определенном направлении. В этом случае выполняются законы сохранение энергии и импульса. Столкновение фотонов с электронами внешне напоминает картину столкновения упругих шаров.

Рис.11. Схема эффекта Комптона

Пусть – энергия падающего фотона; – энергия рассеянного фотона после соударения; – кинетическая энергия электрона до взаимодействия; – кинетическая энергия электрона после взаимодействия; – масса покоя электрона; – масса электрона, движущегося после рассеяния со скоростью . Тогда по закону сохранения энергии:

. (12)

Так как – импульс падающего фотона; – импульс рассеянного фотона; – импульс электрона после столкновения, то закон сохранения импульса:

Из рис. 12 следует закон сохранения импульса в скалярном виде:

. (13)

Из выражений (12) и (13) с учетом , получим формулу: , совпадающую с эмпирической формулой (11). Из сравнения последнего выражения с (11) следует, что .

При рассеянии фотонов на электронах, связь которых с атомом велика, обмен энергией и импульсом происходит с атомом как целым. Поэтому необходимо дополнительно учитывать энергию на отрыв электрона от атома и энергию на сообщение скорости самому атому.