эффект Комптонаэффект
В 1923 году Артур Комптон облучал графит рентгеновскими лучами и с изумлением обнаружил, что рассеянное излучение имеет слегка смещённую длину волны. Волновая теория предсказывала, что частота не должна меняться. Комптон рассмотрел этот процесс как упругое столкновение двух частиц – фотона и электрона – и вывел формулу, связывающую угол рассеяния и изменение длины волны, используя только законы сохранения энергии и импульса. Наглядная аналогия: баскетбольный мяч (фотон) врезается в теннисный (электрон) – после удара он движется медленнее и меняет траекторию.
Как работает
Комптоновское рассеяние используется, например, для защиты от радиации: зная, как фотоны теряют энергию при столкновениях, рассчитывают толщину защитных экранов. В медицине комптоновские камеры регистрируют рассеянные фотоны и позволяют не только увидеть опухоль, но и сказать, насколько глубоко она расположена.
💡 Эффект стал решающим аргументом в пользу квантовой природы света, за что Комптон в 1927 году получил Нобелевскую премию. Любопытно, что аналогичные данные получил и другой физик – Дебай, но он не решился интерпретировать их как удар частиц.
\Delta \lambda = \frac{h}{m_e c}(1 - \cos \theta) = \lambda_C (1 - \cos \theta)
Δλ — изменение длины волны фотона после рассеяния; h — постоянная Планка (6.626×10⁻³⁴ Дж·с); m_e — масса электрона (9.109×10⁻³¹ кг); c — скорость света (2.998×10⁸ м/с); θ — угол рассеяния фотона; λ_C = h/(m_e c) — комптоновская длина волны электрона (≈ 2.426×10⁻¹² м)