康普頓效應

康普頓實驗證明了‌當X射線或高能光子與物質中的電子發(fā)生散射時，部分散射光的波長會增大，這一現(xiàn)象稱為康普頓效應‌，它首次從實驗上證實了光子具有動量，并驗證了能量守恒和動量守恒在微觀粒子相互作用中的普適性。

康普頓實驗（1922-1923年）觀察到X射線通過石墨等物質散射后，散射光中除原波長成分外，還出現(xiàn)波長增大的成分，且波長增量隨散射角增大而增加。該效應證明：‌‌

1. ‌光子具有動量‌：光子與電子碰撞時動量轉移導致波長變化，公式 Δλ = h​/mc(1 − cos θ)（ℎ為普朗克常量，m為電子質量， θ為散射角）定量驗證了光子動量 p=hν/c​ 。‌‌
2. ‌微觀過程守恒定律成立‌：實驗數(shù)據(jù)與能量-動量守恒理論推導完全吻合，證實電子與光子碰撞中能量和動量嚴格守恒。‌‌
3. ‌光的粒子性‌：波長增大源于光子能量轉移給電子，直接證明光具有粒子性，支持光的波粒二象性。

 
 
 
1923年，美國物理學家康普頓在研究x射線通過實物物質發(fā)生散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)了一個新的現(xiàn)象，即散射光中除了有原波長l0的x光外，還產(chǎn)生了波長l>l0 的x光，其波長的增量隨散射角的不同而變化。這種現(xiàn)象稱為康普頓效應(compton effect)。

 
 
吳有訓對康普頓效應最突出的貢獻在于測定了X射線散射中變線、不變線的強度比率R隨散射物原子序數(shù)變化的曲線，證實并發(fā)展了康普頓的量子散射理論。

實驗結果：

(1)散射光中除了和原波長λ0相同的譜線外還有λ>λ0的譜線。

(2)波長的改變量Δλ=λ-λ0隨散射角φ(散射方向和入射方向之間的夾角)的增大而增加.

(3)對于不同元素的散射物質，在同一散射角下，波長的改變量Δλ相同。波長為λ的散射光強度隨散射物原子序數(shù)的增加而減小。

康普頓利用光子理論成功地解釋了這些實驗結果。X射線的散射是單個電子和單個光子發(fā)生彈性碰撞的結果。碰撞前后動量和能量守恒，化簡后得到

Δλ=λ-λ0=(2h/m0c)sin^2(/θ2)

稱為康普頓散射公式。

λ=h/(m0c)

稱為電子的康普頓波長。

 

 

康普頓散射儀的主體和實驗時的狀態(tài)

康普頓散射譜儀的鉛室內有光子的發(fā)射源 
¹³⁷Cs

康普頓效應與光電效應的區(qū)別：

光電效應作用于內層電子，光子本身消失，能量完全轉移給電子；康普頓效應發(fā)生在束縛最松的外層電子上，光子只損失一部分能量。