Compton Saçılımı: Sığ Açı Karşılaştırması
1 · Tahmin Et
Küçük saçılma açılarında bir fotonun yönü çok az değişir. Açı sıfıra yaklaştıkça dalga boyu kayması da kaybolacak kadar küçük mü oluyor?
- Evet — θ → 0°, (1 − cos θ) → 0 olduğundan, zar zor saçılan bir foton için dalga boyu kayması ortadan kalkar.
- Kayma küçük açılarda bile kabaca sabit kalır.
- Kayma aslında küçük açılarda daha da büyüyor.
2 · Kurulum
- Compton-45 ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Gelen X-ışınının dalga boyu 0,08 nm'dir; saçılma açısı 45°'de sabitlenmiştir.
- Dalgaboyu kayması okumasını etkinleştirin.
- Her deneme için saçılma açısını (küçük açılar) ayarlayın ve dalga boyu kaymasını kaydedin.
3 · Veri Toplayın
| Saçılma açısı θ (°) | Dalgaboyu kayması Δλ (pm) |
|---|---|
| 15.00 | |
| 30.00 | |
| 45.00 |
Üç denemeniz için Δλ (y ekseni) ile saçılma açısı θ'yı (x ekseni) çizin.
4 · Analiz et
- Bir deneme için Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ) değerini hesaplayın. Tabloyla karşılaştırın. θ azaldıkça kaymanın daraldığını doğrulayın.
- Neredeyse sapmamış bir fotonun (küçük θ) elektrona neden çok az momentum aktardığını ve dolayısıyla çok az enerji kaybettiğini, dolayısıyla küçük dalga boyu kaymasını açıklayın.
5 · Uzat
- Bu deneyin olay dalga boyunun aksine (0,08 nm, Compton-90'ın 0,05 nm'sinden farklı), herhangi bir açıdaki SHIFT Δλ dalga boyu iki deney arasında aynı olacaktır. Compton formülünün kaymayı neden gelen fotonun dalga boyundan bağımsız hale getirdiğini açıklayın.
- Çok küçük açılarda, Δλ'nın (çok daha büyük) gelen dalga boyuna karşı deneysel olarak ölçülmesi zorlaşır. Compton saçılma deneylerinde neden tipik olarak görünür ışık yerine kısa dalga boyundaki X-ışınlarını kullandığını, zaten çok küçük olan pikometre ölçeğindeki kaymanın daha da az fark edileceğini açıklayın.
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Küçük Açılarda Compton Kayması
θ → 0°, (1 − cos θ) → 0 olduğundan Δλ → 0: yönünü çok az değiştiren bir foton, neredeyse hiç bozulmamış bir çarpışma için momentumun korunumuyla tutarlı olarak, çok az enerji kaybeder.