Comptonin siroama: aallonpituussiirtymä kohdassa 90°

1 · Ennusta

Röntgenfotoni siroaa vapaasta elektronista. Muuttuuko siroavan fotonin aallonpituus, ja jos muuttuu, riippuuko siirtymän määrä siroamakulmasta?

• Aallonpituussiirtymä on sama jokaisella kulmalla.
• Kyllä – aallonpituussiirtymä kasvaa siroamakulman mukana saavuttaen maksiminsa kohdassa 180° (suoraan taaksepäin).
• Siroavan fotonin aallonpituus ei muutu (kuten klassisessa aaltosiroamisessa).

2 · Kokoa

1. Avaa Compton 90 -esiasetus ja paina Nollaa. Tulevan röntgensäteen aallonpituus on 0.05 nm.
2. Ota käyttöön aallonpituussiirtymän lukema.
3. Aseta siroamakulma jokaiselle suoritukselle ja kirjaa aallonpituussiirtymä.

3 · Kerää data

Kuvaa Δλ (y-akseli) arvoa (1 − cos θ) vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Onko viiva suora origon kautta?

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) arvoilla h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s. Vertaa taulukkoon.
2. Huomaa, että Δλ ei riipu lainkaan tulevasta aallonpituudesta – vain kulmasta. Selitä, miksi Compton-siirtymä on sama riippumatta siitä, onko tuleva röntgensäde 0.05 nm vai 0.5 nm.

5 · Laajenna

1. Comptonin vuoden 1923 koe oli historiallinen todiste siitä, että valo käyttäytyy kuin hiukkaset (fotonit) täsmällisellä liikemäärällä, eivät vain aallot – puhtaasti aaltokuva ennustaa ei mitään aallonpituussiirtymää lainkaan siroamisessa. Selitä, miksi aallonpituudesta RIIPPUVA siirtymä olisi ollut mahdoton selittää klassisesti.
2. Vakio h/(m_ec) ≈ 2.43 pm kutsutaan elektronin Comptonin aallonpituudeksi. Selitä, miksi tämä asettaa luonnollisen kokoskaalan sille, kuinka paljon fotonin aallonpituus voi siirtyä siroaessaan elektronista.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia