การกระเจิงคอมป์ตัน ระยะเลื่อนความยาวคลื่นที่ 90°

1 · ทำนาย

โฟตอนรังสีเอกซ์กระเจิงออกจากอิเล็กตรอนอิสระ ความยาวคลื่นของโฟตอนที่กระเจิงเปลี่ยนหรือไม่ และถ้าเปลี่ยน ระยะเลื่อนขึ้นกับมุมกระเจิงหรือไม่

2 · จัดเตรียม

  1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ compton-90 แล้วกดรีเซ็ต ความยาวคลื่นรังสีเอกซ์ตกกระทบคือ 0.05 nm
  2. เปิดค่าแสดงระยะเลื่อนความยาวคลื่น
  3. ตั้งมุมกระเจิงของแต่ละรอบแล้วบันทึกระยะเลื่อนความยาวคลื่น

3 · เก็บข้อมูล

มุมกระเจิง θ (°)การเลื่อนความยาวคลื่น Δλ (pm)
30.00
60.00
90.00

พล็อต Δλ (แกน y) กับ (1 − cos θ) (แกน x) จากสามรอบการทดลอง เส้นตรงผ่านจุดกำเนิดหรือไม่

4 · วิเคราะห์

  1. สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) โดยใช้ h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg, c = 3×10⁸ m/s เทียบกับตาราง
  2. สังเกตว่า Δλ ไม่ขึ้นกับความยาวคลื่นตกกระทบเลย — ขึ้นกับมุมเท่านั้น อธิบายว่าเหตุใดระยะเลื่อนคอมป์ตันจึงเท่ากันไม่ว่ารังสีเอกซ์จะเป็น 0.05 nm หรือ 0.5 nm

5 · ต่อยอด

  1. การทดลองของคอมป์ตันปี 1923 เป็นหลักฐานทางประวัติศาสตร์ว่าแสงมีพฤติกรรมเป็นอนุภาค (โฟตอน) ที่มีโมเมนตัมแน่นอน ไม่ใช่แค่คลื่น — ภาพคลื่นล้วน ๆ ทำนายว่าไม่มีระยะเลื่อนความยาวคลื่นในการกระเจิงเลย อธิบายว่าเหตุใดระยะเลื่อนที่ขึ้นกับความยาวคลื่นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายแบบคลาสสิก
  2. ค่าคงที่ h/(m_ec) ≈ 2.43 pm เรียกว่าความยาวคลื่นคอมป์ตันของอิเล็กตรอน อธิบายว่าเหตุใดค่านี้จึงกำหนดสเกลขนาดตามธรรมชาติของการเลื่อนความยาวคลื่นโฟตอนเมื่อกระเจิงออกจากอิเล็กตรอน

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

สูตรการกระเจิงคอมป์ตัน

โฟตอนที่กระเจิงจากอิเล็กตรอนอิสระเลื่อนไปความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นด้วยปริมาณ Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) ซึ่งขึ้นกับมุมกระเจิง θ เท่านั้น เป็นหลักฐานตรงว่าโฟตอนพกโมเมนตัมเหมือนอนุภาค

← กลับไปการทดลอง