Compton-szórás: hullámhosszeltolódás 90°-nál

1 · Jóslás

Egy röntgenfoton szabad elektronon szóródik. Változik-e a szórt foton hullámhossza, és ha igen, a csúszás mennyisége függ-e a szórási szögtől?

• A hullámhosszeltolódás minden szögnél ugyanaz.
• Igen — a hullámhosszeltolódás nő a szórási szöggel, és maximumát 180°-nál éri el (egyenesen hátra).
• A szórt foton hullámhossza nem változik (mint a klasszikus hullámszórásban).

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a compton-90 előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. A beeső röntgen hullámhossza 0.05 nm.
2. Engedélyezd a hullámhosszeltolódás-kijelzőt.
3. Állítsd be a szórási szöget minden mérésnél, és rögzítsd a hullámhosszeltolódást.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold a Δλ-t (y-tengely) az (1 − cos θ)-val (x-tengely) szemben a három mérésedhez. Egyenes-e a vonal az origón át?

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki a Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s használatával. Hasonlítsd a táblázathoz.
2. Vedd észre, hogy a Δλ egyáltalán nem függ a beeső hullámhossztól — csak a szögtől. Magyarázd meg, miért ugyanaz a Compton-eltolódás, akár 0.05 nm, akár 0.5 nm a bejövő röntgen.

5 · Kiterjesztés

1. Compton 1923-as kísérlete történelmi bizonyíték volt arra, hogy a fény részecskékként (fotonokként) viselkedik meghatározott impulussal, nem csak hullámként — egy tiszta hullámkép egyáltalán nem jósol hullámhosszeltolódást a szórásban. Magyarázd meg, miért lett volna klasszikusan megmagyarázhatatlan egy hullámhossz-FÜGGŐ eltolódás.
2. A h/(m_ec) ≈ 2.43 pm állandót az elektron Compton-hullámhosszának hívják. Magyarázd meg, miért ez adja a természetes méretskálát arra, mennyit tolódhat el egy foton hullámhossza elektronon való szóródáskor.

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap