Τι είναι το φαινόμενο Compton;
Το φαινόμενο Compton είναι ένα κβαντικό φαινόμενο που επιβεβαιώνει τη σωματιδιακή φύση της ακτινοβολίας. Αυτό το φαινόμενο πήρε το όνομά του από τον φυσικό που το ανακάλυψε.
Το φαινόμενο Compton είναι ένα κβαντικό φαινόμενο σκέδασης. Ο Αμερικανός φυσικός, Άρθουρ Χόλι Κόμπτον, ανέπτυξε τη θεωρία. Μελέτησε την επίδραση σκέδασης των ακτίνων Χ που σκέδασαν από ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό υποστήριξε τη θεωρία που υποστηρίζει τη σωματιδιακή φύση της ακτινοβολίας. Δημοσίευσε αυτό το έργο το 1923, στο The Physical Review . Το άρθρο είχε τίτλο "A Quantum Theory of the scattering X – Rays by Light Elements".
Arthur Holly Compton, ο φυσικός που ανέπτυξε τη θεωρία Compton (Photo Credit :molcay/Shutterstock)
Σημείωση:τα «ελαφριά στοιχεία» εδώ υποδηλώνουν σωματίδια με πολύ μικρές μάζες, δηλαδή ηλεκτρόνια.
Ελαστική σύγκρουση και το φαινόμενο Compton
Όταν παίζετε carom board ή shuffleboard, ξέρετε ακριβώς πού να κρατήσετε τον επιθετικό για να κερδίσετε ένα πιόνι… και μετά πυροβολείτε. Για να πυροβολήσετε ένα πιόνι, είναι σημαντικό να κρατήσετε τον επιθετικό σε κατάλληλη γωνία και να τον χτυπήσετε με την κατάλληλη ταχύτητα. Φυσικά και πρέπει να στοχεύει κανείς! Καθώς παρατηρείτε το παιχνίδι, θα συνειδητοποιήσετε ότι ο επιθετικός έχει κινητική ενέργεια που εσείς παρείχατε. Αφού ο επιθετικός χτυπήσει το πιόνι που στοχεύετε, θα θέσει αυτό το πιόνι σε κίνηση. Υπάρχει μεταφορά κινητικής ενέργειας από τον επιθετικό στο πιόνι. Αυτό, με τη σειρά του, αλλάζει την κατεύθυνση του πιονιού. Ο επιθετικός, έχοντας θέσει το πιόνι σε κίνηση, θα υποβαλλόταν στη συνέχεια σε συμφιλίωση. Υπάρχει και απώλεια ενέργειας στον επιθετικό. Αυτή η σύγκρουση εξελίσσεται σύμφωνα με τις αρχές διατήρησης της ορμής και της ενέργειας. Μια σύγκρουση όπου η ορμή και η ενέργεια διατηρούνται και οι δύο ονομάζεται ελαστική σύγκρουση .
Παρατηρήστε ότι ο επιθετικός μεταφέρει την κινητική του ενέργεια στο πιόνι που χτυπά (Φωτογραφία:Mr Sagar/Shutterstock)
Η Κβαντομηχανική ήταν μια απάντηση σε παρατηρήσεις που η κλασική φυσική δεν μπορούσε να εξηγήσει. Το φαινόμενο Compton είναι ένα τέτοιο φαινόμενο.Το φαινόμενο Compton και η φύση των σωματιδίων της ακτινοβολίας
Το φαινόμενο Compton ήταν μια σημαντική ανακάλυψη τον 20ο αιώνα, καθώς επιβεβαίωσε τη σωματιδιακή φύση της ακτινοβολίας. Ο Compton εξήγησε τη σωματιδιακή φύση της ακτινοβολίας μέσω του πειράματος σκέδασης. Το πείραμα βρήκε μια αύξηση στο μήκος κύματος στη διάσπαρτη ακτινοβολία. Διαπίστωσε επίσης ότι η διάσπαρτη ακτινοβολία είχε απομακρυνθεί από την αρχική της γωνία. Αυτή η μορφή ελαστικής σύγκρουσης απέδειξε τη σωματιδιακή φύση της ακτινοβολίας. Τώρα, ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο πείραμα που διεξήγαγε ο κύριος Compton!Πείραμα επίδειξης του φαινομένου Compton
Όταν μια ακτινογραφία μήκους κύματος 
προσπίπτει σε ένα ηλεκτρόνιο, η διάσπαρτη ακτίνα Χ από το ηλεκτρόνιο έχει μήκος κύματος 
. Το φαινόμενο Compton δείχνει μια αύξηση στο μήκος κύματος των προσπίπτων ακτίνων Χ.
Compton Scattering (Φωτογραφία:Fouad A. Saad/Shutterstock)
Η μαθηματική εξίσωση του φαινομένου Compton
(*)
– η γωνία σκέδασης, δηλ. η γωνία μεταξύ της προσπίπτουσας ακτίνας και της σκεδαζόμενης ακτίνας.
– Μήκος κύματος Compton και ισούται με 
m.
όπου h ονομάζεται σταθερά του Πλανκ, 
είναι η μάζα του ηλεκτρονίου και c είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό.
Η παραπάνω εξίσωση επιβεβαιώνει ότι η γωνία σκέδασης είναι ανεξάρτητη από τα μήκη κύματος της ακτινοβολίας, αλλά εξαρτάται από την αύξηση του μήκους κύματος.
Σύγκριση των πειραματικών δεδομένων με τις θεωρητικές τιμές
Ο κ. Compton έλαβε πειραματικά δεδομένα διασκορπίζοντας ηλεκτρομαγνητικές ακτίνες σε ένα ηλεκτρόνιο. Επέτρεψε στην ακτινοβολία ακτίνων Χ από έναν στόχο μολυβδαινίου να διασκορπιστεί από τον γραφίτη. Η σκεδαζόμενη ακτινοβολία μετρήθηκε σε διαφορετικές γωνίες και αυτές οι μετρήσεις σχεδιάστηκαν. Το γράφημα που σχεδιάστηκε στη συνέχεια ήταν μεταξύ του μήκους κύματος και της γωνίας σκέδασης. Το γράφημα αποτελούνταν και από τα δύο μήκη κύματος. Το μήκος κύματος των ακτίνων από τον στόχο του μολυβδαινίου (οι πρωτογενείς ακτίνες) και το μήκος κύματος των σκεδαζόμενων ακτίνων. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τα θεωρητικά δεδομένα που ανέπτυξε. Τα πειραματικά και θεωρητικά δεδομένα ταίριαξαν!
Το γράφημα που σχεδίασε ο κ. Compton από τις πειραματικές του παρατηρήσεις. Credit:The Physical Review “A Quantum Theory of the Scattering of X-rays by Light Elements” by Arthur H. Compton
Πειραματική επίδειξη του εφέ Compton (Φωτογραφία:DKN0049/Shutterstock)
Σε γωνία σκέδασης του 
, παρατήρησε ότι η αύξηση του μήκους κύματος είναι 
m. Το αποτέλεσμα από τη θεωρία ήταν 
m. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η παρατήρηση ήταν αρκετά ικανοποιητική. Τονίζει ότι η αύξηση του μήκους κύματος εξαρτάται από τη γωνία σκέδασης.
Το Φαινόμενο Compton είναι μια από τις βαθιές και πιο εντυπωσιακές θεωρίες που αποδεικνύουν τη σωματιδιακή φύση της ακτινοβολίας.
Εφαρμογές
Το Compton Effect βρίσκει την εφαρμογή του στη ραδιοβιολογία για τη θεραπεία ασθενών με καρκίνο μέσω ακτινοθεραπείας.
Άλλες εφαρμογές του Compton Scattering περιλαμβάνουν τη χρήση του στο Compton Scatter Densitometer, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό ελαττωμάτων ή ακαθαρσιών σε αντικείμενα. Το Compton Scattering Imaging μπορεί να μετρήσει τη φυσική πυκνότητα των αντικειμένων.
Α. Σαρωτής αξονικής τομογραφίας με δύο διαδικασίες απορρόφησης:το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και το φαινόμενο Compton. B. Compton Effect Scattering (Photo Credit :sahua d &Yok_onepiece/Shutterstock)
Σήμερα, πολλά πεδία έχουν εμφανιστεί ως εφαρμογές του φαινομένου Compton. Ο 20ός αιώνας, μετά την ανακάλυψη του Compton, υπήρξε ιστορικός στη μελέτη και ανάπτυξη της Κβαντικής Μηχανικής. Το φαινόμενο Compton υπήρξε επαναστατικό και σε αυτόν τον τομέα. Επαναλαμβάνει την ιδέα της Δυαδικότητας Σωματιδίων-Κυμάτων και άνοιξε νέες διαστάσεις της ανθρώπινης σκέψης στις αρχές του 1900.
