Рассеяние Комптона: сдвиг длины волны при 90°

1 · Прогноз

Рентгеновский фотон рассеивается на свободном электроне. Меняется ли длина волны рассеянного фотона, и если да, зависит ли сдвиг от угла рассеяния?

• Сдвиг длины волны одинаков при любом угле.
• Да — сдвиг длины волны растёт с углом рассеяния, достигая максимума при 180° (прямо назад).
• Длина волны рассеянного фотона не меняется (как при классическом рассеянии волн).

2 · Подготовка

1. Откройте пресет Комптон-90 и нажмите «Сброс». Длина волны падающего рентгена 0.05 nm.
2. Включите показание сдвига длины волны.
3. Задайте угол рассеяния для каждой пробы и запишите сдвиг длины волны.

3 · Сбор данных

Постройте Δλ (ось y) против (1 − cos θ) (ось x) для трёх проб. Линия прямая через начало координат?

4 · Анализ

1. Для одной пробы вычислите Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ), используя h = 6.626×10⁻³⁴ Дж·с; m_e = 9.109×10⁻³¹ кг; c = 3×10⁸ м/с. Сравните с таблицей.
2. Заметьте: Δλ совсем не зависит от падающей длины волны — только от угла. Объясните, почему сдвиг Комптона одинаков и для рентгена 0.05 nm, и для 0.5 nm.

5 · Развитие

1. Эксперимент Комптона 1923 года стал историческим доказательством, что свет ведёт себя как частицы (фотоны) с определённым импульсом, а не только как волны — чисто волновая картина вообще не предсказывает сдвига длины волны при рассеянии. Объясните, почему зависящий от длины волны сдвиг было бы невозможно объяснить классически.
2. Постоянная h/(m_ec) ≈ 2.43 pm называется комптоновской длиной волны электрона. Объясните, почему она задаёт естественный масштаб того, насколько может сдвинуться длина волны фотона при рассеянии на электроне.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту