Квантовая механика и квантовая химия. Экспериментальные основы квантовой механики. Кондрашин В.Ю. - 20 стр.

                                        20
    4. Эффект Комптона

     В эффекте Комптона впервые во всей полноте проявились корпускулярные
свойства излучения. В 1922 г. американский физик Артур Комптон, изучая
рассеяние излучения с малыми длинами волн — рентгеновского и гамма-
излучения, экспериментально доказал справедливость совокупности уравнений
(3-6) и (3-7), что еще раз подтвердило верность гипотезы о существовании
квантов света.
     Эффект Комптона - упругое рассеяние электромагнитного излучения на
свободных электронах, сопровождающееся увеличением длины волны.
     В качестве материалов, рассеивающих рентгеновские лучи, А. Комптон
использовал вещества, в которых электроны относительно слабо связаны с
атомом (парафин, графит). Поскольку энергия кванта рентгеновских лучей
велика, то при расчете можно пренебречь энергией связи электрона с атомным
остовом (по крайней мере, для электронов внешних энергетических уровней) и
рассматривать такие электроны как свободные, покоящиеся частицы.
     А. Комптон обнаружил, что рассеянные в парафине рентгеновские лучи
имеют большую длину волны, чем падающие. Классическая теория не могла
объяснить такого сдвига длины волны. Объяснить результаты такого
эксперимента можно лишь с позиций квантовой теории света. Эффект
Комптона в квантовой теории выглядит как упругое столкновение двух частиц
— налетающего фотона, обладающего импульсом pγ, и покоящегося электрона,
импульс которого можно принять равным нулю. В каждом таком акте
столкновения соблюдаются законы сохранения энергии и импульса. Фотон,
столкнувшись с электроном, передает ему часть своей энергии и импульса и
изменяет направление движения (рассеивается). После столкновения с
электроном импульс фотона равен pγ´. Уменьшение энергии фотона и означает
увеличение длины волны рассеянного света. Электрон, ранее покоившийся,
получая от фотона энергию и импульс pe, приходит в движение — испытывает
отдачу. Направление движения частиц после столкновения, а также их энергии
определяются законами сохранения энергии и импульса. При этом:
                       pγ = pγ ´ + pe                        (4-1)
    После столкновения фотон разлетается под углом θ, а электрон – под
углом φ по отношению к направлению движения падающего фотона.
Схема, иллюстрирующая упругое столкновение фотона и электрона в эффекте
Комптона, представлена на рис. 4.