Efecto Compton – el momento lineal de un fotón
FísicaFísica cuántica y nuclearEdades 17–18Laboratorio virtual
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Un fotón de rayos X choca con un electrón en reposo y sale desviado un ángulo θ con una longitud de onda mayor: λ′ − λ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Arrastra para cambiar el ángulo de dispersión y lee la longitud de onda y la energía del fotón antes y después, la energía cinética y la dirección del electrón de retroceso, y un diagrama vectorial que muestra que el momento lineal se conserva: p = p′ + pₑ. La pantalla Experimento de Compton mide el espectro de los rayos X dispersados con un espectrómetro de cristal, con un pico sin desplazar y otro desplazado; toma lecturas a varios ángulos y representa Δλ frente a (1 − cos θ) para hallar la longitud de onda de Compton y la constante de Planck.
Lección: Dualidad onda–partícula: efecto Compton
Qué muestra
En 1923 Arthur Compton descubrió que los rayos X dispersados por grafito contienen una segunda longitud de onda, más larga. Lo explicó tratando los rayos X como fotones, cada uno con energía E = hc/λ y momento lineal p = h/λ, que rebotan en electrones libres como bolas de billar. La conservación de la energía y del momento lineal da λ′ − λ = (h/mₑc)(1 − cos θ), donde h/mₑc = 2,43 pm es la longitud de onda de Compton. El desplazamiento solo depende del ángulo, no de la longitud de onda ni del material, así que es grande para rayos X y gamma pero invisible para la luz. El modelo trata el electrón como libre y en reposo.
Cómo usarla
En Choque fotón–electrón, ajusta Longitud de onda de los rayos X λ y arrastra en la imagen o mueve Ángulo de dispersión θ; pulsa Lanzar fotón para ver el choque y Registrar para añadir una fila a la tabla. En Experimento de Compton, elige el Bloque dispersor y un ángulo, arrastra sobre la gráfica o usa Lectura del espectrómetro λ′ y sus botones − / + para situarte en el pico desplazado; pulsa Tomar lectura. Representa Δλ frente a (1 − cos θ).
Parámetros que puedes cambiar
- Pantalla Choque fotón–electrón, Experimento de Compton
- Longitud de onda de los rayos X 2–100 pm
- Ángulo de dispersión 0–180 °
- Bloque dispersor Grafito, Aluminio, Cobre
- Mostrar diagrama de momentos
Preguntas para explorar
- ¿Por qué el desplazamiento a 90° es igual para cualquier longitud de onda incidente?
- ¿Con qué ángulo de dispersión gana más energía cinética el electrón de retroceso, y por qué?
- ¿Por qué el desplazamiento Compton se detecta fácilmente con rayos X pero no con luz visible?
