Ефект на Комптън

Ефект на Комптън е вид еластично разсейване на високоенергийни фотони (рентгенови лъчи и гама-лъчи) от свободни или слабосвързани електрони, при което се променя дължината на вълната на фотоните.

Илюстрация на явлението ефект на Комптън

Ефектът е открит през 1923 година от американския физик Артър Холи Комптън, който получава Нобелова награда за физика през 1927 г. за откритието си. Открит е независимо и от Петер Дебай в началото на 1923 г.^[1]

При разсейването на фотон от електрон честотите на фотона съответно преди и след разсейването ${\displaystyle \ \nu }$ и ${\displaystyle \ \nu '}$ са свързани с уравнението:

${\displaystyle \nu '=\nu \;{1 \over {1+{h\nu \over {m_{e}c^{2}}}(1-\cos \alpha )}},}$

където ${\displaystyle \ \alpha }$ е ъгълът на разсейване (между посоката на разпространение на фотона преди и след разсейването).

Ако се премине към дължина на вълната:

${\displaystyle \ \lambda '-\lambda =\lambda _{k}(1-\cos \alpha ),}$

където ${\displaystyle \lambda _{k}={h \over {m_{e}c}}}$ се нарича комптънова дължина на вълната.

За електрона ${\displaystyle \lambda _{k}=2,4263\cdot 10^{-12}}$ m. Намаляването на енергията на фотона след комптъновото разсейване се нарича комптъново отместване. В класическата електродинамика разсейването на електромагнитните вълни от електрически заряд (томсъново разсейване, по името на Джоузеф Джон Томсън) не е съпроводено с намаляване на честотата им.

Обяснението на ефекта на Комптън не е възможно в рамките на класическата електродинамика. Според класическата физика електромагнитната вълна е непрекъсната и не би трябвало да променя дължината си при разсейване от свободни електрони. Ефектът на Комптън е директно доказателство за квантуване на електромагнитната вълна и потвърждава съществуването на фотона. Ефектът на Комптън е още едно доказателство за корпускулярно-вълновия дуализъм на микрочастиците и крайъгълен камък на квантовата механика.^[1]

Обратен ефект на Комптън

Увеличаването на честотата (енергията) на фотон, който се разсейва от релативистки електрон с по-голяма енергия от енергията на фотона, се нарича обратен ефект на Комптън. Важен е в астрофизиката, където с него се обясняват рентгеновото излъчване от галактически източници, рентгеновата съставляваща на реликтовото лъчение (ефект на Сюнеяв – Зелдович), трансформацията на плазмените вълни във високочестотни електромагнитни вълни.^[2]