Основные постулаты квантовой механики Эффект Комптона

Эффект Комптона

В 1922 г. Комптон (A. Compton) обнаружил увеличение длины волны рентгеновского излучения вследствие его рассеяния электронами вещества. Согласно же классической теории длины волн падающего и рассеянного излучения должны совпадать. Теория эффекта была построена Комптоном и независимо Дебаем (P. Debye) на основе фотонной гипотезы Эйнштейна. Взаимодействие излучения с электроном сводится к упругому столкновению фотона с покоящимся электроном. При этом импульс фотона определяется в виде

Здесь волновой вектор

- единичный вектор в направлении распространения монохроматической волны, соответствующей фотону. Это определение – следствие того, что величины

образуют 4-векторы относительно преобразований Лоренца (см. первую часть курса физики).

Запишем законы сохранения энергии и импульса для указанного процесса столкновения:

где - энергия электрона после столкновения. Отсюда получаем частоту рассеянного фотона:

где - угол между (угол рассеяния). Учитывая связь частоты и длины волны,

находим изменение длины волны при рассеянии:

Здесь введена комптоновская длина волны электрона

Для рентгеновского излучения (см) получаем

т.е. вполне заметный эффект. Для видимого света (см) эффект гораздо меньше (). Найденная зависимость изменения длины волны от угла рассеяния прекрасно согласуется с экспериментом.