Compton Etkisi

Einstein'ın 1905'te ortaya attığı etkili fikirlerden ikisi, özel görelilik kuramı ve günümüzde foton olarak adlandırdığımız ışık kuantumu kavramıydı. 1905'ten sonra, Einstein serbestçe yayılan elektromanyetik dalgaların, elektronların veya diğer büyük parçacıkların madde parçacıkları olmasıyla aynı anlamda ışık parçacıkları olan fotonlardan oluştuğunu ileri sürmek için daha da ileri gitti. Dalga boyunda veya eşdeğer olarak tek renkli bir ışık demeti, klasik bir dalga olarak veya vakumda tek bir hızla, c (ışık hızı) ile hareket eden ve hepsi aynı enerjiyi taşıyan bir foton koleksiyonu olarak görülebilir . Bu fikir, ışığın madde parçacıklarıyla etkileşimlerini açıklamak için yararlı olduğunu kanıtladı.

Bir Fotonun Momentumu

Durağan kütlesiyle karakterize edilen bir madde parçacığının aksine, {0},bir foton kütlesizdir. Bir vakumda, hızını değiştirebilen ancak ışık hızına ulaşamayan bir madde parçacığının aksine, bir foton yalnızca bir hızda hareket eder, bu da tam olarak ışık hızıdır. Newton klasik mekaniğinin bakış açısından, bu iki özellik bir fotonun hiç var olmaması gerektiğini ima eder. Örneğin, kütlesi sıfır olan bir cismin doğrusal momentumunu veya kinetik enerjisini nasıl bulabiliriz? Bir fotonu göreli bir parçacık olarak tanımlarsak bu belirgin paradoks ortadan kalkar. Özel görelilik teorisine göre, doğadaki herhangi bir parçacık göreli enerji denklemine uyar.

Compton Etkisi

Compton etkisi , X ışınlarının bazı malzemeler üzerinde saçılmasıyla gözlemlenen alışılmadık bir sonuç için kullanılan bir terimdir. Klasik teoriye göre, bir elektromanyetik dalga atomlardan saçıldığında, saçılan radyasyonun dalga boyunun, gelen radyasyonun dalga boyuyla aynı olması beklenir. Klasik fiziğin bu öngörüsünün aksine, gözlemler, X ışınlarının grafit gibi bazı malzemelerden saçıldığında, saçılan X ışınlarının, gelen X ışınlarının dalga boyundan farklı dalga boylarına sahip olduğunu göstermektedir.

Deneyde ölçülen dalga boylarındaki kaymayı açıklamak için Compton, ( Arthur Compton ) Einstein'ın ışığı bir parçacık olarak ele alma fikrini kullandı. Compton etkisi, elektromanyetik radyasyonun salt bir dalga olayı olarak açıklanamayacağını gösterdiği için fizik tarihinde çok önemli bir yere sahiptir. Compton etkisinin açıklaması, fizik camiasına elektromanyetik dalgaların gerçekten bir foton akışı gibi davranabileceğine dair ikna edici bir argüman sunarak foton kavramını sağlam bir zemine oturttu.

Compton, gelen X-ışını radyasyonunun bir foton akışı olduğunu varsaydı. Bu akıştaki gelen bir foton, grafit hedefteki bir değerlik elektronuyla çarpışır. Bu çarpışma sırasında, gelen foton enerjisinin ve momentumunun bir kısmını hedef elektrona aktarır ve saçılmış bir foton olarak terk eder. Bu model, saçılmış radyasyonun gelen radyasyondan neden daha uzun bir dalga boyuna sahip olduğunu nitel terimlerle açıklar. Basitçe söylemek gerekirse, enerjisinin bir kısmını kaybetmiş bir foton, daha düşük bir frekansa sahip veya eşdeğer olarak daha uzun bir dalga boyuna sahip bir foton olarak ortaya çıkar. Compton, modelinin doğru olduğunu göstermek için bunu Compton kayması ifadesini türetmek için kullandı. Türetmesinde, hem fotonun hem de elektronun göreli parçacıklar olduğunu ve çarpışmanın iki genel sağduyu ilkesine uyduğunu varsaydı: (1) doğrusal momentumun korunumu ve (2) toplam göreli enerjinin korunumu.

Compton saçılması, saçılan radyasyonun dalga boyundan daha uzun bir dalga boyuna sahip olduğu elastik olmayan saçılmaya bir örnektir . Günümüzdeki kullanımında, "Compton saçılması" terimi, serbest yüklü parçacıklar tarafından fotonların elastik olmayan saçılması için kullanılır. Compton saçılmasında, fotonları yüklü parçacıklara aktarılabilen momentumlara sahip parçacıklar olarak ele almak, deneylerde ölçülen dalga boyu kaymalarını açıklamak için teorik bir arka plan sağlar, bu, radyasyonun fotonlardan oluştuğunun kanıtıdır.