Scaipeadh Compton
Nuair a imbhuailtear fótón le leictreon, preabann sé de ar nós liathróid bhilleaird — ag cailleadh roinnt fuinnimh agus ag fáil tonnfhaid níos faide. Dá mhó an uillinn scaipthe, is ea is mó a leathnaíonn a thonnfhad, agus ní braitheann an t-aistriú tonnfhaid sin ach ar uillinn an tscaipthe — ní ar fhuinneamh bunaidh an fhótóin ná ar aon rud eile faoin imbhuailt. Ba í seo ceann de na cruthúnais is soiléire go dtéann solas i bpacáidí cosúil le cáithníní a iompraíonn móimintim.
An fhoirmle
Δλ = (h / mₑc) · (1 − cos θ)
- Δλ — aistriú tonnfhaid (m): cé chomh mór a fhásann tonnfhad an fhótóin níos faide i ndiaidh scaipthe
- h / mₑc — Tonnfhad Compton (m): tairiseach daingean cothrom le 2.43 piciméadar, socraithe ag mais an leictreoin
- θ — uillinn scaipthe (°): an uillinn idir threo theachta agus threo imeachta an fhótóin
Sampla oibreáilte
Scaiptear fótón díreach ó leictreon ag uillinn 90 céim. Cé mhéad a aistríonn a thonnfhad?
- θ = 90°
- h / mₑc = 2.43 pm
- Δλ = (h / mₑc) · (1 − cos θ)
- Δλ = 2.43 pm · (1 − cos 90°) = 2.43 pm · 1
Δλ = 2.43 pm
Cuir tástáil ort féin
Anois preabann an fótón díreach ar ais, ag uillinn 180 céim. Cad é an t-aistriú tonnfhaid?
- Freagra ceart: 4.86 pm
- 2.43 pm
- 1.22 pm
Ceart! Ag 180°, cos θ = −1, mar sin (1 − cos θ) = 2, a thugann Δλ = 2.43 pm × 2 = 4.86 pm.
Ag cén uillinn scaipthe éireoidh aistriú tonnfhaid an fhótóin náid?
- 180°
- 90°
- Freagra ceart: 0°
Ceart! Ag 0° ní claonann an fótón ar chor ar bith, cos θ = 1, mar sin (1 − cos θ) = 0 agus níl aon aistriú ann.
Cén áit a bhfeiceann tú é seo
San íomhá X-ghathach, is é an ceo a fhágann fótón X-ghatha nuair a phreabann sé de leictreon i do cholainn agus a thagann chuig an mbraiththeoir ón treo mhícheart é scaipeadh Compton. Ba é tomhas Arthur Compton i 1923 ar thonnfhad shínte an fhótóin phrebtha an turgnamh a chur in iúl do fhisiceoirí, sa deireadh, gur cáithnín fíor é an fótón.
Botúin choitianta
Is é an fhíric eochair ná níl baint ag an aistriú tonnfhaid ach le huillinn an phreaba — le fhuinneamh bunaidh an fhótóin, ná le haon rud eile: Δλ = 2.43 pm · (1 − cos θ). Ag 0 céim ní athraíonn aon rud (cuireann cos θ = 1 náid ar an aistriú — gur bheag nár scaip an fótón), fad is a thugann preabadh díreach ar ais ag 180 céim an t-uasmhéid, cos θ = −1, ag dúbáil an aistrithe go 4.86 pm.
Conas a nascann sé
Léirigh an iarmhairt fhótaileictreach go n-iompraíonn fótóin fuinneamh; léirigh Compton go n-iompraíonn siad móimintim freisin — liathróid bhilleaird le tonnfhad, ag cúlú ó leictreoin faoi na rialacha imbhuailte céanna le modúl na meicnice. An cheist nádúrtha a ardaíonn sé sin — má iompraíonn tonnta mar cháithníní, an n-iompróidh cáithníní mar thonnta? — is í an chéad cheacht eile í, go díreach.