康普頓效應(yīng)是什么以及它在物理學(xué)中是如何工作的
康普頓效應(yīng)（也稱為康普頓散射）是高能光子與目標(biāo)碰撞的結(jié)果，目標(biāo)從原子或分子的外殼釋放松散結(jié)合的電子。散射輻射經(jīng)歷了無法用經(jīng)典波理論解釋的波長偏移，從而為愛因斯坦和光子理論提供了支持?？赡苓@種效應(yīng)最重要的含義是它顯示出無法根據(jù)波浪現(xiàn)象完全解釋光。康普頓散射是帶電粒子對光進(jìn)行非彈性散射的一個例子。核散射也會發(fā)生，盡管康普頓效應(yīng)通常是指與電子的相互作用。
1923年，亞瑟·霍利·康普頓（Arthur Holly Compton）首次展示了這種效果（為此他獲得了1927年諾貝爾物理獎）?？灯疹D'研究生Y.H.Woo后來驗(yàn)證了這一效果。
康普頓散射如何工作
散射如圖所示。高能光子（通常是X射線或伽馬射線）與目標(biāo)碰撞，目標(biāo)在其外殼中具有松散結(jié)合的電子。入射光子具有以下能量E和線性動量p：
E=hc/λp=E/c
光子將部分能量以動能的形式提供給幾乎自由的電子之一，正如粒子碰撞中所預(yù)期的那樣。我們知道總能量和線性動量必須守恒。分析光子和電子的這些能量和動量關(guān)系，最終得到三個方程：
- 能量
- x-分量動量
- y-分量動量
兒童科普書籍... 在四個變量中：
- phi，電子的散射角
- theta，光子的散射角
- E，電子的最終能量
- E'光子的最終能量
如果我們只關(guān)心光子的能量和方向，那么電子變量可以被視為常數(shù)，這意味著它可以求解方程組。通過結(jié)合這些方程并使用一些代數(shù)技巧來消除變量，康普頓得出以下方程（這顯然是相關(guān)的，因?yàn)槟芰亢筒ㄩL與光子有關(guān)）：
1/E'-1/E=1/（mc2）*（1-costheta）lambda'-lambda=h/（mc）*（1-costheta）
值h/（mc）稱為電子的康普頓波長，值為0.002426 nm（或2.426 x 10-12m）。這當(dāng)然是一個實(shí)際波長，但實(shí)際上是波長偏移的比例常數(shù)。
為什么這支持光子？
這種分析和推導(dǎo)是基于粒子的觀點(diǎn)，結(jié)果很容易測試。從等式中可以清楚地看出，整個偏移可以純粹根據(jù)光子散射的角度來測量。等式右側(cè)的其他一切都是常數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明情況確實(shí)如此，為光的光子解釋提供了極大的支持。
由Anne-Marie Helmenstine博士編輯。
