Эффект Комптона. Корпускулярные свойства света проявляются наиболее яр­ко при взаимодействии излучения с большой частотой и массой фотонов с легкими микрочастицами.

Корпускулярные свойства света проявляются наиболее яр­ко при взаимодействии излучения с большой частотой и массой фотонов с легкими микрочастицами.

Взаимодействие электронов с рентгеновскими фотонами впе­рвые наблюдалось в опытах Комптона в 1923 году при облучении различных материалов жестким электромагнитным излучением.

Эффектом Комптона называется упругое рассеяние корот­коволнового электромагнитного излучения (рентгеновского и 7-излучений) на свободных или слабосвязанных электронах веще­ства, сопровождающееся увеличением длины волны ∆λ = λ - λ₀, где λ₀ и λ — длины волн падающего и рассеянного излучений.

Объяснение этого эффекта можно дать, рассматривая взаи­модействие фотонов с электронами вещества как упругие столк­новения, при которых выполняются законы сохранения энергии и импульса.

Падающий фотон имеет энергию hv₀, и импульс р_ф (рис. 3), причем р_ф = hv₀/c == h/λ₀. При упругом столкновении часть энергии и импульса (р_е)передается электрону, поэтому энергия hv и импульс р’_ф рассеянного фотона становятся меньше. Соглас­но закону сохранения энергии

где m_о и m — массы покоящегося и движущегося после столкно­вения электрона. Из закона сохранения импульса следует, что

Используя законы сохранения (9) и (10), можно показать, что уве­личение длины волны

где величина λ_с = h/(m_oc) = 2,42 пм, называется комптоновской длиной волны электрона, угол θ (рис. 3) — углом рассеяния.

Рассмотренные явления — излучение абсолютно черного те­ла, внешний фотоэффект, эффект Комптона — служат доказа­тельством корпускулярной (квантовой) теории электромагнитно­го излучения. Одновременно можно говорить о волновой приро­де света. Двойственность природы электромагнитного излуче­ния позволяет говорить о корпускулярно-волновом дуализме, ко­торый, как было доказано опытами по наблюдению дифракции электронов, протонов и нейтронов, атомов и молекул, присущ всем микрочастицам. Поэтому для описания поведения микро­частиц была создана квантовая механика, в которой состояние микрообъекта определяется статистическими законами. Кванто-механический метод лежит в основе современной атомной и ядер­ной физики, физики твердого тела, физики элементарных частиц, и многих других современных разделов физики.

Лекция № 38