تشتت كومبتون: أقصى إزاحة عند التشتت الخلفي

1 · توقّع

فوتون يتشتت مباشرة إلى الخلف (180°) ينقل أعلى زخم ممكن للإلكترون الذي يصدمه. هل تعطي حالة التشتت الخلفي هذه أكبر إزاحة كومبتون ممكنة للطول الموجي؟

• الحد الأقصى للإزاحة يحدث عند زاوية أخرى.
• الإزاحة واحدة عند كل الزوايا بما فيها 180°.
• نعم — التشتت الخلفي 180° يعظّم (1 − cos θ) فيعطي أكبر إزاحة ممكنة عند أي زاوية.

2 · التجهيز

1. افتح تجربة كومبتون-180 واضغط إعادة. طول موجة الأشعة الساقطة 0.05 nm؛ وزاوية التشتت مثبتة عند 180°.
2. فعّل قراءة إزاحة الطول الموجي.
3. اضبط زاوية التشتت لكل تجربة (مقتربة من 180°) وسجل الإزاحة.

3 · اجمع البيانات

ارسم Δλ (المحور y) مقابل زاوية التشتت θ (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل يبدو أنها تستوي قرب 180°؟

4 · حلّل

1. لمحاولة واحدة، احسب Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). قارن بالجدول. أكد أن θ = 180° تعطي Δλ = 2h/(m_ec)، القيمة القصوى الممكنة.
2. اشرح، باستخدام (1 − cos θ)، لماذا تعطي 180° أقصى إزاحة: cos(180°) = −1، فيبلغ (1 − cos θ) أكبر قيمة ممكنة له وهي 2 عند تلك الزاوية.

5 · وسّع

1. عند 180° ينعكس اتجاه الفوتون كليًا، ناقلًا الحد الأقصى الممكن من الزخم للإلكترون (انحفاظ الزخم). اشرح لماذا يقابل أقصى نقل للزخم أقصى فقد للطاقة (ومن ثم أقصى ازدياد في الطول الموجي) للفوتون.
2. عند θ = 0° (لا تشتت إطلاقًا)، ماذا تساوي Δλ؟ هل هذا منطقي فيزيائيًا لفوتون لا يتفاعل؟

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة