Rozpraszanie Comptona: przesunięcie długości fali pod 90°

1 · Prognoza

Foton promieniowania X rozprasza się na wolnym elektronie. Czy długość fali rozproszonego fotonu się zmienia, a jeśli tak, czy wielkość przesunięcia zależy od kąta rozpraszania?

• Przesunięcie długości fali jest takie samo przy każdym kącie.
• Tak — przesunięcie długości fali rośnie z kątem rozpraszania, osiągając maksimum przy 180° (dokładnie wstecz).
• Długość fali rozproszonego fotonu nie zmienia się (jak w klasycznym rozpraszaniu falowym).

2 · Przygotowanie

1. Otwórz preset compton-90 i naciśnij Reset. Długość fali padającego promieniowania X to 0.05 nm.
2. Włącz odczyt przesunięcia długości fali.
3. Ustaw kąt rozpraszania dla każdej próby i zapisz przesunięcie długości fali.

3 · Zbieranie danych

Narysuj Δλ (oś y) względem (1 − cos θ) (oś x) dla trzech prób. Czy prosta przechodzi przez początek układu?

4 · Analiza

1. Dla jednej próby oblicz Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ), używając h = 6.626×10⁻³⁴ J·s; m_e = 9.109×10⁻³¹ kg; c = 3×10⁸ m/s. Porównaj z tabelą.
2. Zauważ, że Δλ w ogóle nie zależy od padającej długości fali — tylko od kąta. Wyjaśnij, dlaczego przesunięcie Comptona jest takie samo, czy przychodzące promieniowanie X ma 0.05 nm, czy 0.5 nm.

5 · Rozszerzenie

1. Eksperyment Comptona z 1923 roku był historycznym dowodem, że światło zachowuje się jak cząstki (fotony) o określonym pędzie, nie tylko jak fale — czysto falowy obraz nie przewiduje żadnego przesunięcia długości fali w rozpraszaniu. Wyjaśnij, dlaczego przesunięcie ZALEŻNE od długości fali byłoby niemożliwe do wyjaśnienia klasycznie.
2. Stała h/(m_ec) ≈ 2.43 pm nazywa się długością fali Comptona elektronu. Wyjaśnij, dlaczego wyznacza ona naturalną skalę wielkości przesunięcia długości fali fotonu przy rozpraszaniu na elektronie.

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu