Comptoni efekt (nimetatakse ka Comptoni hajumiseks) on kõrge energia tulemus footon põrkub sihtmärgiga, mis vabastab lõdvalt seotud elektronid aatomi või molekuli väliskestast. Hajutatud kiirgus kogeb lainepikkuse nihet, mida ei saa seletada klassikalise laineteooriaga, pakkudes seeläbi tuge Einsteini omad footoniteooria. Arvatavasti on efekti kõige olulisem tähendus see, et see näitas valgust, mida ei olnud lainenähtuste järgi võimalik täielikult selgitada. Komptonihajumine on üks näide laetud osakese valguse elastse hajutamise tüübist. Samuti toimub tuumahajumine, kuigi Comptoni efekt viitab tavaliselt interaktsioonile elektronidega.
Efekti näitas esmakordselt 1923. aastal Arthur Holly Compton (selle eest sai ta 1927 Nobeli preemia füüsikas). Comptoni abiturient Y.H. Woo, kontrollisid hiljem efekti.
Kuidas Comptoni hajumine töötab
Hajumine on näidatud joonisel. Suure energiaga footon (tavaliselt röntgenikiirgus või gammakiir) põrkub sihtmärgiga, mille väliskestal on lõdvalt seotud elektronid. Juhtfotonil on järgmine energia E ja lineaarne impulss lk:
E = hc / lambdalk = E / c
Footon annab osa oma energiast ühele peaaegu vabast elektronist kujul kineetiline energia, nagu osakeste kokkupõrkel oodata. Me teame, et koguenergiat ja lineaarset hoogu tuleb säilitada. Analüüsides neid footoni ja elektroni energia ja impulsi suhteid, saate kolm võrrandit:
- energia
- x-komponent hoog
- y-komponent hoog
... nelja muutujana:
- phi, elektroni hajumisnurk
- teeta, footoni hajumisnurk
- Ee, elektroni lõplik energia
- E', footoni lõplik energia
Kui me hoolime ainult footoni energiast ja suunast, siis saab elektronmuutujaid käsitleda konstantidena, mis tähendab, et võrrandite süsteemi on võimalik lahendada. Neid võrrandeid kombineerides ja muutujate kõrvaldamiseks mõnda algebralist nippi jõudis Compton järgmised võrrandid (mis on ilmselgelt seotud, kuna energia ja lainepikkus on seotud footonid):
1 / E' - 1 / E = 1/( mec2) * (1 - cos teeta)lambda' - lambda = h/(mec) * (1 - cos teeta)
Väärtus h/(mec) nimetatakse Elektroni komptonlainepikkus ja selle väärtus on 0,002426 nm (või 2,426 x 10-12 m). See pole muidugi tegelik lainepikkus, vaid tegelikult lainepikkuse nihke proportsionaalsuskonstant.
Miks see toetab footoneid?
See analüüs ja tuletamine põhinevad osakeste vaatenurgast ja tulemusi on lihtne testida. Võrrandit vaadates saab selgeks, et kogu nihet saab mõõta puhtalt nurga all, milles footon hajub. Kõik muu, mis asub võrrandi paremal küljel, on konstant. Katsed näitavad, et see on nii, pakkudes suurt tuge valguse footonitõlgendusele.
Toimetanud Anne Marie Helmenstine, Ph.