تأثير كومبتونتأثير
في عام 1923، قام آرثر كومبتون بتعريض الغرافيت لأشعة إكس ولاحظ بدهشة أن الإشعاع المبعثر له طول موجي منزاح قليلاً. كانت النظرية الموجية تتنبأ بأن التردد لا ينبغي أن يتغير. اعتبر كومبتون هذه العملية على أنها تصادم مرن بين جسيمين – فوتون وإلكترون – واستنتج صيغة تربط زاوية التبعثر بتغير الطول الموجي، مستخدماً فقط قانوني حفظ الطاقة والزخم. تشبيه توضيحي: كرة سلة (فوتون) ترتطم بكرة تنس (إلكترون) – بعد الارتطام تتحرك أبطأ ويتغير مسارها.
كيف يعمل
يُستخدم تبعثر كومبتون، مثلاً، للحماية من الإشعاع: بمعرفة كيفية فقدان الفوتونات للطاقة عند التصادمات، تُحسب سماكة الدروع الواقية. في الطب، تسجل كاميرات كومبتون الفوتونات المبعثرة وتسمح ليس فقط برؤية الورم، بل وتحديد مدى عمقه.
💡 أصبح التأثير حجة حاسمة لصالح الطبيعة الكمومية للضوء، مما أكسب كومبتون جائزة نوبل عام 1927. من المثير للاهتمام أن فيزيائياً آخر – ديباي – حصل على بيانات مماثلة، لكنه لم يجرؤ على تفسيرها على أنها تصادم جسيمات.
\Delta \lambda = \frac{h}{m_e c}(1 - \cos \theta) = \lambda_C (1 - \cos \theta)
Δλ — تغير الطول الموجي للفوتون بعد التبعثر؛ h — ثابت بلانك (6.626×10⁻³⁴ جول·ثانية)؛ m_e — كتلة الإلكترون (9.109×10⁻³¹ كغ)؛ c — سرعة الضوء (2.998×10⁸ م/ث)؛ θ — زاوية تبعثر الفوتون؛ λ_C = h/(m_e c) — طول موجة كومبتون للإلكترون (≈ 2.426×10⁻¹² م)