콤프턴 산란: 90°에서의 파장 이동

1 · 예측

X선 광자는 자유 전자를 산란시킵니다. 산란된 광자의 파장이 변합니까? 그렇다면 변화의 양은 산란 각도에 따라 달라지나요?

• 파장 이동은 모든 각도에서 동일합니다.
• 그렇습니다. 파장 이동은 산란 각도에 따라 증가하여 180°(뒤쪽 직선)에서 최대값에 도달합니다.
• 산란된 광자의 파장은 변하지 않습니다(고전적인 파동 산란처럼).

2 · 설정

1. compton-90 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 입사 X선 파장은 0.05 nm입니다.
2. 파장 이동 표시를 활성화하세요.
3. 각 시행에 대한 산란 각도를 설정하고 파장 이동을 기록합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 Δλ(y축)를 (1 − cos θ)(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 직선이 원점을 지납니까?

4 · 분석

1. 한 번의 시행에 대해 h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s를 사용하여 Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ)를 계산합니다. 표와 비교해 보세요.
2. Δλ는 입사 파장에 전혀 의존하지 않고 각도에만 의존합니다. 들어오는 X선이 0.05 nm이든 0.5 nm이든 Compton 이동이 동일한 이유를 설명하십시오.

5 · 확장

1. Compton의 1923년 실험은 빛이 단순한 파동이 아니라 확실한 운동량을 가진 입자(광자)처럼 거동한다는 역사적 증거였습니다. 순수한 파동 그림에서는 산란 시 파장 변화가 전혀 없을 것으로 예측됩니다. 파장 의존적 이동을 고전적으로 설명하는 것이 불가능한 이유를 설명하십시오.
2. 상수 h/(m_ec) ≒ 2.43pm을 전자의 콤프턴 파장이라고 합니다. 이것이 전자를 산란시킬 때 광자의 파장이 얼마나 이동할 수 있는지에 대한 자연적인 크기 척도를 설정하는 이유를 설명하십시오.

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