Diffusion Compton : une comparaison à faible angle
1 · Prédire
Aux petits angles de diffusion, un photon change à peine de direction. Son décalage de longueur d'onde devient-il également infime à mesure que l'angle se rapproche de zéro ?
- Oui — comme θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, donc le décalage de longueur d'onde disparaît pour un photon qui se diffuse à peine.
- Le décalage reste à peu près constant même sous de petits angles.
- Le décalage s’agrandit en réalité aux petits angles.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage compton-45 et appuyez sur Réinitialiser. La longueur d'onde des rayons X incidents est 0.08 nm ; l'angle de diffusion est fixé à 45°.
- Activez la lecture du décalage de longueur d’onde.
- Réglez l’angle de diffusion pour chaque essai (petits angles) et enregistrez le décalage de longueur d’onde.
3 · Collecter les Données
| Angle de diffusion θ (°) | Décalage de longueur d'onde Δλ (pm) |
|---|---|
| 15.00 | |
| 30.00 | |
| 45.00 |
Tracez Δλ (axe y) par rapport à l'angle de diffusion θ (axe x) pour vos trois essais.
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Comparez avec le tableau. Confirmez que le décalage diminue à mesure que θ diminue.
- Expliquez pourquoi un photon presque non dévié (petit θ) transfère très peu d'impulsion à l'électron et perd donc très peu d'énergie, d'où le minuscule décalage de longueur d'onde.
5 · Approfondir
- Contrairement à la longueur d'onde incidente de cette expérience (0.08 nm, différente du 0.05 nm de compton-90), la longueur d'onde SHIFT Δλ à n'importe quel angle donné serait identique entre les deux expériences. Expliquez pourquoi la formule Compton rend le décalage indépendant de la longueur d'onde du photon entrant.
- Aux très petits angles, Δλ devient difficile à mesurer expérimentalement face à la longueur d'onde incidente (bien plus grande). Expliquez pourquoi les expériences de diffusion Compton utilisent généralement des rayons X de courte longueur d'onde plutôt que la lumière visible, où un décalage déjà minuscule, à l'échelle du picomètre, serait encore moins perceptible.
La physique derrière cette expérience
Décalage Compton aux petits angles
Comme θ → 0°, (1 − cos θ) → 0, donc Δλ → 0 : un photon qui change à peine de direction perd à peine de l'énergie, ce qui est cohérent avec la conservation de l'impulsion pour une collision presque non perturbée.