КОМПТОНА ЭФФЕКТ

Американский физик А. Комптон в 1920 г. начал изучать рассеяние рентгеновских лучей графитом и другими телами. Узкий пучок излучения, выделяемый диафрагмами Д₁ и Д₂, падал на кусок вещества, а рассеянное под углом θ излучение попадало на кристалл К, отклоняющий рентгеновские лучи с разной длиной волны на разные углы (рис. 1). На фотопластинке рентгеновское излучение с длиной волны λ дает линию. Если механизм взаимодействия рентгеновского излучения рассматривать как волновой процесс, то отклонившиеся под действием электромагнитного поля атомные электроны начнут колебаться с частотой, равной частоте падающего рентгеновского излучения, и новой линии на пластинке не появится.

Но Комптон ожидал, другого. И его ожидания оправдались: наряду с линией λ появилась и новая линия λ' с большей длиной волны. Как и предполагал ученый, некоторые рентгеновские кванты теряли часть энергии, отдавая ее атомным электронам, и в результате появилась новая линия λ'. Длины волн отличались на

величину ∆λ = λ' — λ = 2π λ₀ sin²(θ/2). Величину ₀ = h/m_ec называют комптоновской длиной волны электрона (2,426•10^-10 см). Эту зависимость Комптон получил, предположив, что столкновение между рентгеновским квантом с энергией hv и импульсом hv/c и электроном вещества протекает точно так же, как и столкновение между двумя твердыми шариками: стоит только записать законы сохранения энергии и импульса для «шаров» — и готовы уравнения, необходимые для вычисления ∆λ в зависимости от угла θ (рис. 2).

Явление изменения длины волны рентгеновских лучей, рассеиваемых электронами, получило название эффекта Комптона. Оно стало замечательным подтверждением квантовой природы электромагнитного излучения наряду с уравнением Эйнштейна, описывающим фотоэффект. С использованием волновой теории получить связь между ∆λ, и углом θ не удавалось. Результаты Комптона были проверены с помощью камеры Вильсона (см. Детекторы ядерных излучений).