تشتت كومبتون: مقارنة بزاوية ضحلة

1 · توقّع

عند زوايا التشتت الصغيرة بالكاد يغير الفوتون اتجاهه. هل تصغر إزاحة طوله الموجي حتى تتلاشى كلما اقتربت الزاوية من الصفر؟

• نعم — مع θ → 0° يؤول (1 − cos θ) إلى 0، فتتلاشى الإزاحة لفوتون بالكاد يتشتت.
• تبقى الإزاحة ثابتة تقريبًا حتى عند الزوايا الصغيرة.
• بل تنمو الإزاحة أكبر عند الزوايا الصغيرة.

2 · التجهيز

1. افتح تجربة كومبتون-45 واضغط إعادة. طول موجة الأشعة الساقطة 0.08 nm؛ والزاوية مثبتة عند 45°.
2. فعّل قراءة إزاحة الطول الموجي.
3. اضبط زاوية التشتت لكل تجربة (زوايا صغيرة) وسجل الإزاحة.

3 · اجمع البيانات

ارسم Δλ (المحور y) مقابل زاوية التشتت θ (المحور x) لتجاربك الثلاث.

4 · حلّل

1. لمحاولة واحدة، احسب Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). قارن بالجدول. أكد أن الإزاحة تتقلص مع تناقص θ.
2. اشرح لماذا ينقل فوتون بالكاد ينحرف (θ صغيرة) زخمًا ضئيلًا جدًا للإلكترون، فيهمل طاقة قليلة جدًا — ومن هنا الإزاحة الضئيلة.

5 · وسّع

1. بخلاف طول موجة السقوط في هذه التجربة (0.08 nm، المختلف عن 0.05 nm في كومبتون-90)، إزاحةُ الطول الموجي Δλ عند أي زاوية معينة ستكون متطابقة بين التجربتين. اشرح لماذا تجعل صيغة كومبتون الإزاحة مستقلة عن طول موجة الفوتون الوارد.
2. عند الزوايا الصغيرة جدًا يصعب قياس Δλ تجريبيًا أمام الطول الموجي الساقط (الأكبر بكثير). اشرح لماذا تستخدم تجارب تشتت كومبتون عادة أشعةً سينية قصيرة الموجة لا ضوءًا مرئيًا، حيث تصبح إزاحة بيكومترية ضئيلة أصلًا أقل وضوحًا.

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة