Эффект Комптона. Изотов В.В - 4 стр.

                                      Глава I

                                 Физика явления.


      Эффект Комптона относится к числу классических экспериментов, выявивших
корпускулярную природу электромагнитного излучения и в итоге подтвердивших
корпускулярно-волновую двойственность. Классическая электродинамика после работ
Максвелла, казалось, однозначно утвердила волновую природу электромагнитного
излучения. Огромное число опытов по дифракции и интерференции света неоспоримо
подтверждали это. Однако, после открытия рентгеновских лучей и продвижения
исследований в область их более жесткого излучения, возникла принципиально новая
ситуация, указавшая на то, что свет высокой частоты (рентген, γ-кванты) обладает явно
выраженными свойствами частиц (корпускул).
     В 1922 - 1923 г. американский физик А.Комптон, исследуя рассеяние
рентгеновского излучения на легких элементах, установил, что рассеянные лучи,
наряду с излучением первоначальной длины волны λ0, содержит также лучи с большей
длиной волны λ. Разность Δλ=λ-λ0 зависела только от угла рассеяния ϕ между
направлением рассеянного рентгеновского излучения и первоначальным пучком, не
испытавшим рассеяния.
     Следуя рассмотрению классической электродинамикой процесса взаимодействия
электромагнитной волны с веществом, необходимо изучить поведение электрона в
волне. Последний, если он вначале был свободен и покоился, начинает колебаться в
ней и, как электрически заряженная частица, сам испускает электромагнитное
излучение. Если бы этот электрический диполь оставался на месте, то он излучал бы
волну с той же частотой, что и падающая волна. Однако световое давление заставляет
двигаться с ускорением свободный электрон. В этом случае внешнее излучение как бы
догоняет двигающийся электрон и относительно него рассеивающая волна имеет
большую длину волны. Расчет допплеровского смещения для этого случая приводит к
формуле
               Eλ
     Δλ=λ-λ0= 02 (1 − cos ϕ )                                       (1)
               mc
где Е - энергия, полученная от падающего света, m - масса электрона, с - скорость
света, а ϕ - угол, под которым находится наблюдатель относительно направления
первоначального пучка света.
     Как видно, эта формула содержит зависимость от угла ϕ, наблюдаемого в опыте
Комптона.
     Однако, в отличие от полученной в эксперименте величины Δλ, являющейся
постоянной величиной для данного угла ϕ, в формуле (1), она должна постоянно
возрастать со временем, поскольку частица получает энергию, и кроме того должна
зависеть от интенсивности падающей волны, поскольку от нее зависит сила давления, а
следовательно и скорость электрона.
      Указанные противоречия были разрешены Комптоном, когда он в модели
взаимодействия рассмотрел электромагнитное излучение (в данном случае жесткое
рентгеновское излучение) как поток частиц (фотонов или квантов излучения),
обладающих импульсом



                                                                                    4