تأثير كومبتون – زخم الفوتون

ماذا تعرض

في عام 1923 وجد آرثر كومبتون أن الأشعة السينية المشتتة بالغرافيت تحتوي على طول موجي ثانٍ أكبر. وفسّر ذلك بمعاملة الأشعة السينية فوتونات، لكل منها طاقة ⁦E = hc/λ⁩ وزخم ⁦p = h/λ⁩، ترتد عن الإلكترونات الحرة كما ترتد كرات البلياردو. ويعطي حفظ الطاقة والزخم ⁦λ′ − λ = (h/mₑc)(1 − cos θ)⁩، حيث ⁦h/mₑc = 2.43 pm⁩ هو طول موجة كومبتون. لا تعتمد الإزاحة إلا على الزاوية، لا على الطول الموجي ولا على المادة، فهي كبيرة للأشعة السينية وأشعة غاما وغير ملحوظة للضوء. يعامل النموذج الإلكترون على أنه حر وساكن.

طريقة الاستخدام

في «تصادم فوتون وإلكترون» اضبط «الطول الموجي للأشعة السينية λ» واسحب في الشكل أو حرّك «زاوية التشتت θ»؛ اضغط «أطلق فوتونًا» لمشاهدة التصادم و«سجّل» لإضافة صف إلى الجدول. في «تجربة كومبتون» اختر «الكتلة المشتِّتة» وزاوية، ثم اسحب على الرسم البياني أو استخدم «قراءة المطياف λ′» وزريه − / + لتقف على القمة المزاحة؛ اضغط «خذ القراءة». ارسم Δλ مقابل ⁦(1 − cos θ)⁩.

المعاملات القابلة للتغيير

• الشاشة تصادم فوتون وإلكترون, تجربة كومبتون
• الطول الموجي للأشعة السينية 2–100 pm
• زاوية التشتت 0–180 °
• الكتلة المشتِّتة غرافيت, ألومنيوم, نحاس
• أظهر مخطط الزخم

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا تكون الإزاحة عند الزاوية 90° واحدة لكل طول موجي ساقط؟
2. عند أي زاوية تشتت يكتسب الإلكترون المرتد أكبر طاقة حركية، ولماذا؟
3. لماذا يسهل رصد إزاحة كومبتون بالأشعة السينية ولا يسهل بالضوء المرئي؟