Kombinovaný efekt: Keystone kvantové mechaniky

Efekt Compton je jedním ze základních kamenů kvantové mechaniky. V roce 1922 fyzik Arthur Holly Compton vysvětlil nárůst vlnové délky rentgenových paprsků a dalších emisí elektromagnetické energie, přičemž je považoval za soubor samostatných pulsů nebo kvant elektromagnetické energie.

Compton efekt

Lékár Chemist Gilbert Lewis (USA) vytvořil termín "foton" pro lehké kvantum. Fotony mají svou vlastní energii a impulsy. Mají také vlnové charakteristiky, jako je vlnová délka a frekvence. Fotonová energie je v přímém poměru k frekvenci a v inverzní délce. Efekt Compton zahrnuje posun fotonů do jednotlivých elektronů. Během tohoto procesu jsou jejich energie spojeny a z určitého úhlu dochází k šíření vlny, jejíž velikost závisí na počátečním množství dat. Vzhledem k vztahu mezi energií a vlnovou délkou mají rozptýlené fotony větší délku, což také závisí na úhlu, Rentgenové záření byly odeslány.

Kombinovaný rozptyl

Nepružné rozptylování fotonu na volně nabité částice končí oslabením energie, zatímco vlnová délka foton zvyšuje velikost. Část této energie je nastříkána na blízké elektrony. Existuje také reverzní proces. Rozptyl Comptonu je nepružný, protože vlnová délka rozptýleného světla se liší od dopadajícího záření. Co navrhl Compton? Účinek v tomto případě lze považovat za pružné tlačení. Pohyb elektronů v atomech vede ke zvýšení šířky rozptýleného světla Comptonu. To lze vysvětlit skutečností, že pro elektrony v pohybu délka dopadané vlny záření vypadá mírně transformovaná a velikost změn je přímo závislá na velikosti a směru rychlosti elektronu.

Na počest toho, koho efekt získal své jméno

Compton Effect dostal jméno podle jména Arthur Holly Compton (1892-1962), profesor na Washingtonské univerzitě, fyzik USA, který získal Nobelovu cenu za svůj objev v roce 1927. Absolvent University of Worcester a Princetonské univerzity vyvinul teorii intenzity odrazu rentgenů z krystalů jako prostředku ke studiu uspořádání elektronů a atomů. V roce 1918 začal studovat. V roce 1919 Compton patřil mezi první, kteří získali vědeckou radu pro výzkum na národní úrovni. Byl přijat na stáž v Cavendish Laboratory v Cambridge (Anglie) a poté na univerzitě ve Washingtonu. Při práci s rentgenovými paprsky zlepšil svůj přístroj pro měření posunu vlnové délky z úhlu rozptylu.

Interakce fotonových elektronů

Jedním z nejdůležitějších konceptů ve studiu rozptylu Comptonu je foton, který podle teorie světla představuje kvantum elektromagnetické energie a jsou vždy v pohybu a dokonce i ve vakuu je konstantní rychlost šíření světla. Efekt Compton je důležitý, protože ukazuje, že světlo by nemělo být považováno pouze za vlnový jev. V roce 1923 představil Compton článek vědu, ve kterém odvodil matematický vztah mezi posunem vlnové délky a úhlem rentgenového rozptylu, což naznačuje, že každý volný rentgenový foton začne interagovat s jednou nabitou částicí. To vede k tomu, že elektronu je dána část energie a foton, který obsahuje zbývající část energie, ji emituje ve směru odlišném od původního, zatímco celková hybnost systému je zachována. Tento efekt je jednou ze tří hlavních forem fotonové interakce a hlavní příčinou rozptýleného záření v materiálu. To je způsobeno interakcí rentgenového nebo gamma fotonu s extrémními (a v důsledku toho slabě vázanými) valenčními elektrony na atomové úrovni.

Photon z hlediska kvantové teorie

V osmdesátých letech se znaky vlnového světla a elektromagnetického záření jako celku staly zcela zřejmými. Nicméně předtím, než vědci nepřikládají těmto jevům velký význam. Toto bylo tak, dokud Albert Einstein nevysvětlil fotoelektrický efekt a všichni pochopili, že světelná energie by měla být považována za součást kvantované teorie. Jak bylo uvedeno výše, světlo má vlny a částice. Byl to překvapivý objev a jistě mimo obvyklé vnímání věcí. Vzhledem k tomu, že energie a velikost pulsu jsou úměrné její frekvenci, po interakci má foton nižší frekvenci a vlnová délka se zvyšuje. Tento indikátor závisí pouze na úhlu, který vzniká mezi dopadajícím a rozptýleným paprskem. Největší úhel rozptýlení umožní větší zvětšení. Účinek se používá při studiu elektronů v látce a při výrobě gama záření s proměnlivou energií. Comptonův vzorec pro posunutí Δλ je vlnová délka světla: Δ λ = λ '- λ = λ0 (1 cos θ), kde λ' je vlnová délka rozptýleného světla, θ je úhel rozptýlení fotonu a λ0 = 2,426 × 1010 cm = 0,024 Angstrom (Å). Z vzorce lze vidět, že posun v vlnové délce nezávisí na délce vlny dopadácích záření. Je určen pouze úhlem rozptylu fotonu a je největší v úhlu 180 °.

Základní vlastnosti fotonů

1. Pohyb ve volném prostoru s konstantní rychlostí.
2. Fotony nemají žádnou hmotu.
3. Nosí energii a hybnost, které se také vztahují k frekvenci a vlnové délce.
4. Mohou být zničeny absorpcí záření.
5. Fotony jsou elektronicky neutrální a patří mezi nejvzácnější částice.

Hodnota účinku v různých oblastech vědy

Rozptyl Comptonu, často označovaný jako nesouvislý rozptyl, je důležitý v oblasti atomové energie (radiační ochrana), experimentální a teoretické jaderné fyziky, fyziky plazmatu a atomů, rentgenové krystalografie, fyziky částic a astrofyziky. Efekt Compton poskytuje důležitý nástroj pro výzkum v některých oblastech medicíny, molekulární chemie a fyziky pevných látek, stejně jako použití vysokoenergetických akcelerátorů elektronů. Tento objev je pro radiobiologii nejdůležitější, protože je nejvhodnější pro interakci vysokoenergetických rentgenů s atomovými jádry v živých organizmech a používá se při radiační terapii. Ve fyzikálních materiálech může být tento efekt použit pro zkoumání vlnové funkce elektronů v látce. Compton také objevil fenomén plného odrazu rentgenů a jejich úplné polarizace, což vedlo k přesnějšímu určení počtu elektronů v atomu. Byl také prvním, kdo získal rentgenové spektrum přímou metodou měření rentgenové vlnové délky. Porovnáním těchto spekter s údaji získanými použitím krystalu se absolutní hodnoty vzdálenosti mezi atomy v krystalová mřížka. Compton držel stůl americký prezident fyzickou společnost v roce 1934. On byl kancléřem univerzity Washingtonu od 1946 k 1953. Velký fyzik zemřel v roce 1962 ve věku 69 let.

Neuvěřitelný objev

Na základě kvantových představ o povaze světla působí Compton jeden z nejzákladnějších interakcí mezi zářením a hmotou a ve velmi vizuální podobě ukazuje skutečnou kvantovou povahu elektromagnetického záření. Snad největší hodnotou tohoto efektu je to, že přímo a jasně ukazuje, že kromě vlnové přírody a jejích příčných kmitů obsahuje elektromagnetické záření také částice přírody - fotony, které se chovají jako materiálové látky při srážkách s elektrony. Tento objev vedl k vývoji kvantové mechaniky a sloužil jako základ pro začátek teorie kvantové elektrodynamiky, teorie interakce elektronů s elektromagnetickým polem.