Tán xạ Compton: Độ dịch chuyển tối đa ở tán xạ ngược
1 · Dự đoán
Một photon tán xạ thẳng về phía sau (180°) sẽ truyền động lượng lớn nhất có thể có cho electron mà nó chạm vào. Trường hợp tán xạ ngược này có mang lại sự dịch chuyển bước sóng Compton lớn nhất có thể không?
- Sự dịch chuyển tối đa xảy ra ở một số góc độ khác.
- Sự dịch chuyển là như nhau ở mọi góc kể cả 180°.
- Có — tán xạ ngược 180° tối đa hóa (1 − cos θ), mang lại sự dịch chuyển bước sóng lớn nhất có thể cho mọi góc.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt trước compton-180 và nhấn Reset. Bước sóng tia X tới là 0,05 nm; góc tán xạ được cố định ở 180°.
- Kích hoạt tính năng đọc dịch chuyển bước sóng.
- Đặt góc tán xạ cho mỗi lần thử (gần 180°) và ghi lại sự dịch chuyển bước sóng.
3 · Thu thập dữ liệu
| Góc tán xạ θ (°) | Sự dịch chuyển bước sóng Δλ (pm) |
|---|---|
| 90.00 | |
| 135.00 | |
| 180.00 |
Vẽ đồ thị Δλ (trục y) theo góc tán xạ θ (trục x) cho ba lần thử của bạn. Có vẻ như nó đang chững lại gần 180°?
4 · Phân tích
- Đối với một phép thử, hãy tính Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). So sánh với bảng. Xác nhận θ = 180° cho Δλ = 2h/(m_ec), giá trị lớn nhất có thể.
- Giải thích bằng cách sử dụng (1 − cos θ), tại sao 180° mang lại độ lệch cực đại: cos(180°) = −1, do đó (1 − cos θ) đạt giá trị lớn nhất có thể có là 2 ở góc đó.
5 · Gia hạn
- Ở 180°, photon đảo ngược hướng hoàn toàn, truyền động lượng cực đại có thể có cho electron (bảo toàn động lượng). Giải thích tại sao sự truyền động lượng cực đại tương ứng với sự mất năng lượng cực đại (và do đó tăng bước sóng cực đại) đối với photon.
- Tại θ = 0° (hoàn toàn không bị tán xạ), Δλ sẽ bằng bao nhiêu? Điều đó có ý nghĩa vật lý đối với một photon không tương tác không?
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Dịch chuyển Compton tại tán xạ ngược
Công thức Compton Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) được cực đại hóa tại θ = 180 °, trong đó ( 1 − cos θ) = 2 , mang lại độ dịch chuyển bước sóng lớn nhất có thể: Δλ_max = 2 h/(m_ec) ≈ 4.85 chiều.