Diffusione Compton: spostamento di λ a 90°
1 · Prevedi
Un fotone X si diffonde su un elettrone libero. La λ del fotone diffuso cambia, e lo spostamento dipende dall'angolo?
- Lo spostamento è uguale a ogni angolo.
- Sì: lo spostamento cresce con l'angolo, massimo a 180° (direttamente indietro).
- La λ non cambia (come nella diffusione ondulatoria classica).
2 · Configurazione
- Apri il preset compton-90 e premi Reimposta. La λ incidente è 0.05 nm.
- Attiva la lettura dello spostamento di λ.
- Imposta l'angolo per ogni prova e registra lo spostamento.
3 · Raccogli dati
| Angolo di diffusione θ (°) | Spostamento Δλ (pm) |
|---|---|
| 30.00 | |
| 60.00 | |
| 90.00 |
Traccia Δλ (asse y) contro (1 − cos θ) (asse x) per le tre prove. Retta per l'origine?
4 · Analizza
- Per una prova, calcola 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. Confronta con la tabella.
- Nota che Δλ non dipende affatto dalla λ incidente — solo dall'angolo. Spiega perché lo spostamento è lo stesso per raggi X da 0.05 nm o 0.5 nm.
5 · Estendi
- L'esperimento di Compton del 1923 fu la prova storica che la luce si comporta come particelle (fotoni) con quantità di moto definita, non solo onde — un'immagine puramente ondulatoria non prevede alcuno spostamento. Spiega perché uno spostamento dipendente dalla λ sarebbe stato impossibile da spiegare classicamente.
- La costante h/(m_ec) ≈ 2.43 pm è la lunghezza d'onda Compton dell'elettrone. Spiega perché fissa la scala naturale di quanto può spostarsi la λ di un fotone diffuso da un elettrone.
La fisica dietro questo esperimento
Formula della diffusione Compton
Un fotone diffuso da un elettrone libero shifta verso una lunghezza d'onda maggiore di Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ), dipendente solo dall'angolo di diffusione θ — evidenza diretta che i fotoni portano quantità di moto come le particelle.