Dispersión Compton: cambio de longitud de onda en 90°

1 · Predecir

Un fotón de rayos X dispersa un electrón libre. ¿Cambia la longitud de onda del fotón dispersado y, de ser así, la cantidad de desplazamiento depende del ángulo de dispersión?

• El cambio de longitud de onda es el mismo en todos los ángulos.
• Sí, el cambio de longitud de onda crece con el ángulo de dispersión, alcanzando su máximo en 180° (hacia atrás).
• La longitud de onda del fotón dispersado no cambia (como la dispersión de ondas clásica).

2 · Configurar

1. Abra el preajuste compton-90 y presione Restablecer. La longitud de onda de los rayos X incidentes es 0.05 nm.
2. Habilite la lectura del cambio de longitud de onda.
3. Establezca el ángulo de dispersión para cada prueba y registre el cambio de longitud de onda.

3 · Recopilar Datos

Grafique Δλ (eje y) contra (1 − cos θ) (eje x) para sus tres ensayos. ¿La recta pasa por el origen?

4 · Analizar

1. Para una prueba, calcule Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) usando h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Compare con la tabla.
2. Observe que Δλ no depende en absoluto de la longitud de onda incidente, solo del ángulo. Explique por qué el desplazamiento de Compton es el mismo ya sea que los rayos X entrantes sean 0.05 nm o ​​0.5 nm.

5 · Ampliar

1. El experimento 1923 de Compton fue una prueba histórica de que la luz se comporta como partículas (fotones) con un momento definido, no solo como ondas: una imagen puramente ondulatoria no predice ningún cambio de longitud de onda en la dispersión. Explique por qué un cambio DEPENDIENTE de la longitud de onda habría sido imposible de explicar clásicamente.
2. La constante h/(m_ec) ≈ 2.43 pm se llama longitud de onda Compton del electrón. Explique por qué esto establece la escala de tamaño natural de cuánto puede cambiar la longitud de onda de un fotón al dispersarse en un electrón.

La física detrás de este experimento

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