In der Physik ist Compton, der sich zerstreut, ein Typ des Zerstreuens davon Röntgenstrahlen und Gammastrahlung (beide Fotonen mit verschiedenen Energiereihen) erleben in der Sache. Das unelastische Zerstreuen von Fotonen in der Sache läuft auf eine Abnahme auf die Energie (Zunahme in der Wellenlänge) eines Röntgenstrahls oder Gammastrahl-Fotons, genannt die Wirkung von Compton hinaus. Ein Teil der Energie des X/gamma Strahls wird einem sich zerstreuenden Elektron übertragen, das zurückschreckt und aus seinem Atom vertrieben wird (der ionisiert wird), und der Rest der Energie vom gestreuten, "erniedrigten" Foton genommen wird. Gegenteil-Compton, der sich auch zerstreut, besteht, in dem eine beladene Partikel einen Teil seiner Energie zu einem Foton überträgt.

Einführung

Compton, der sich zerstreut, ist ein Beispiel des unelastischen Zerstreuens, weil die Wellenlänge des gestreuten Lichtes von der Ereignis-Radiation verschieden ist. Und doch, der Ursprung der Wirkung kann als eine elastische Kollision zwischen einem Foton und einem Elektron betrachtet werden.

Der Betrag die Wellenlänge-Änderungen dadurch wird die Verschiebung von Compton genannt. Obwohl Kerncompton, der sich zerstreut, besteht, bezieht sich Compton, der sich gewöhnlich zerstreut, auf die Wechselwirkung, die nur die Elektronen eines Atoms einschließt. Die Wirkung von Compton wurde von Arthur Holly Compton 1923 an der Washingtoner Universität in St. Louis beobachtet und weiter von seinem Studenten im Aufbaustudium Y. H. Woo in den Jahren im Anschluss an nachgeprüft. Compton hat den 1927-Nobelpreis in der Physik für die Entdeckung verdient.

Die Wirkung ist wichtig, weil sie demonstriert, dass Licht rein als ein Welle-Phänomen nicht erklärt werden kann. Thomson, der sich die klassische Theorie einer elektromagnetischen durch beladene Partikeln gestreuten Welle zerstreut, kann niedrige Intensitätsverschiebungen in der Wellenlänge nicht erklären. (Klassisch wird das Licht der genügend Intensität für das elektrische Feld, um eine beladene Partikel zu einer relativistischen Geschwindigkeit zu beschleunigen, Strahlendruck-Rückstoß und eine verbundene Verschiebung von Doppler des gestreuten Lichtes verursachen, aber die Wirkung würde willkürlich klein an genug niedrigen leichten Intensitäten unabhängig von der Wellenlänge werden.) Muss sich Licht benehmen, als ob es aus Partikeln besteht, um die niedrige Intensität Compton zu erklären, der sich zerstreut. Das Experiment von Compton hat Physiker überzeugt, dass sich Licht als ein Strom von einer Partikel ähnlichen Gegenständen (Quanten) benehmen kann, deren Energie zur Frequenz proportional ist.

Die Wechselwirkung zwischen Elektronen und hohen Energiefotonen (vergleichbar mit der Rest-Energie des Elektrons,) läuft auf das Elektron hinaus, das ein Teil der Energie wird gibt (es lassend, zurückschrecken), und ein Foton, das die restliche Energie enthält, die in einer verschiedenen Richtung aus dem Original wird ausstrahlt, so dass der gesamte Schwung des Systems erhalten wird. Wenn das Foton noch genug Energie übrighat, kann der Prozess wiederholt werden. In diesem Drehbuch wird das Elektron als frei oder lose bestimmt behandelt. Die experimentelle Überprüfung der Schwung-Bewahrung in sich zerstreuenden Prozessen der Person Compton durch Bothe und Geiger sowie durch Compton und Simon ist im Widerlegen der BKS Theorie wichtig gewesen.

Wenn das Foton von der niedrigeren Energie ist, aber noch genügend Energie hat (im Allgemeinen einige eV zu einigen keV, entsprechend dem sichtbaren Licht durch weiche Röntgenstrahlen), kann es ein Elektron aus seinem Gastgeber-Atom völlig (ein Prozess vertreiben, der als die fotoelektrische Wirkung bekannt ist), anstatt Compton zu erleben, der sich zerstreut. Höhere Energiefotonen (und oben) können im Stande sein, den Kern zu bombardieren und ein Elektron und einen Positron zu veranlassen, ein Prozess genannt Paar-Produktion gebildet zu werden.

Beschreibung des Phänomenes

Bis zum Anfang des 20. Jahrhunderts war die Forschung in die Wechselwirkung von Röntgenstrahlen mit der Sache auf dem besten Wege. Es wurde bemerkt, dass, wenn Röntgenstrahlen einer bekannten Wellenlänge mit Atomen aufeinander wirken, die Röntgenstrahlen durch einen Winkel gestreut werden und an einer verschiedenen Wellenlänge erscheinen, die damit verbunden ist. Obwohl Klassischer Elektromagnetismus vorausgesagt hat, dass die Wellenlänge von gestreuten Strahlen der anfänglichen Wellenlänge gleich sein sollte, hatten vielfache Experimente gefunden, dass die Wellenlänge der gestreuten Strahlen größer war als die anfängliche Wellenlänge.

1923 hat Compton eine Zeitung in der Physischen Rezension veröffentlicht, die die Röntgenstrahl-Verschiebung durch das Zuschreiben einer Partikel ähnlichen Schwungs "Fotonen" erklärt hat, die Einstein als Elemente des Lichtes "gequantelt" als enthaltend einen spezifischen Betrag der Energie begrifflich gefasst hatte, die nur von der Frequenz des Lichtes abhängt. In seiner Zeitung hat Compton die mathematische Beziehung zwischen der Verschiebung in der Wellenlänge und dem sich zerstreuenden Winkel der Röntgenstrahlen abgeleitet, indem er angenommen hat, dass jedes gestreute Röntgenstrahl-Foton mit nur einem Elektron aufeinander gewirkt hat. Sein Papier hört durch das Melden über Experimente auf, die seine abgeleitete Beziehung nachgeprüft haben:

:wo

: ist die anfängliche Wellenlänge,

: ist die Wellenlänge nach dem Zerstreuen,

: ist der Planck unveränderlich,

: ist die Elektronrest-Masse,

: ist die Geschwindigkeit des Lichtes und

der

: ist der sich zerstreuende Winkel.

Die Menge ist als die Wellenlänge von Compton des Elektrons bekannt; es ist dem gleich. Die Wellenlänge-Verschiebung ist mindestens Null (für) und höchstens zweimal die Wellenlänge von Compton des Elektrons (dafür).

Compton hat gefunden, dass einige Röntgenstrahlen keine Wellenlänge-Verschiebung trotz des streuet durch große Winkel erfahren haben; in jedem dieser Fälle hat das Foton gescheitert, ein Elektron zu vertreiben. So ist der Umfang der Verschiebung nicht mit der Wellenlänge von Compton des Elektrons, aber zur Wellenlänge von Compton des kompletten Atoms verbunden, das aufwärts 10 000 kleinere Zeiten sein kann.

Abstammung der sich zerstreuenden Formel

Ein Foton mit der Wellenlänge kollidiert mit einem Elektron in einem Atom, das behandelt wird als, beruhigt zu sein. Die Kollision veranlasst das Elektron zurückzuschrecken, und ein neues Foton mit der Wellenlänge erscheint im Winkel aus dem eingehenden Pfad des Fotons. Lassen Sie zeigen das Elektron nach der Kollision an. Compton hat die Möglichkeit berücksichtigt, dass die Wechselwirkung manchmal das Elektron zu Geschwindigkeiten genug in der Nähe von der Geschwindigkeit des Lichtes beschleunigen würde und die Anwendung der speziellen Relativitätstheorie von Einstein verlangen würde, seine Energie und Schwung richtig zu beschreiben.

Am Beschluss von 1923-Papier von Compton hat er Ergebnisse von Experimenten gemeldet, die die Vorhersagen seiner sich zerstreuenden Formel so bestätigen, die die Annahme unterstützt, dass Fotonen geleiteten Schwung sowie gequantelte Energie tragen. Am Anfang seiner Abstammung hatte er einen Ausdruck für den Schwung eines Fotons davon verlangt, die bereits hergestellte Massenenergie-Beziehung von Einstein zu den gequantelten Foton-Energien auszugleichen, von denen Einstein getrennt verlangt hat. Wenn die gleichwertige Foton-Masse sein muss. Der Schwung des Fotons ist dann einfach dieser wirksame Massenzeiten die Rahmen-Invariant Geschwindigkeit des Fotons. Für ein Foton, seinen Schwung, und kann so für für alle Foton-Schwung-Begriffe eingesetzt werden, die im Laufe der Abstammung unten entstehen. Die Abstammung, die in der Zeitung von Compton erscheint, ist knapper, aber folgt derselben Logik in derselben Folge wie die folgende Abstammung.

Die Bewahrung der Energie gleicht bloß die Summe von Energien vorher und nach dem Zerstreuen aus.

:

Compton hat verlangt, dass Fotonen Schwung tragen; so von der Bewahrung des Schwungs sollten die Schwünge der Partikeln ähnlich durch verbunden sein

::

:in, der auf der Annahme weggelassen wird, ist es effektiv Null-.

Die Foton-Energien sind mit den Frequenzen durch verbunden

::

:where h ist die Konstante von Planck.

Vor dem sich zerstreuenden Ereignis wird das Elektron als genug in der Nähe davon behandelt, beruhigt zu sein, dass seine Gesamtenergie völlig aus der Massenenergie-Gleichwertigkeit seiner Rest-Masse besteht:

:

Nach dem Zerstreuen verlangt die Möglichkeit, dass das Elektron zu einem bedeutenden Bruchteil der Geschwindigkeit des Lichtes beschleunigt werden könnte, dass seine Gesamtenergie mit der relativistischen Energieschwung-Beziehung vertreten wird:

:::

Breiten Sie die Bewahrung der Energiebehauptung in Bezug auf das Vorstehende aus.

:

Quadrat beide Seiten und isoliert der (einzige) sich postzerstreuende Elektronbegriff links.

:

Von der Bewahrung des Schwungs,

:

Dann, indem es vom Skalarprodukt, Gebrauch gemacht

wird:

p_ {e'} ^ {\\, 2\&= \mathbf {p} _ {e' }\\cdot\mathbf {p} _ {e'} = (\mathbf {p} _ \gamma - \mathbf {p} _ {\\Gamma'}) \cdot (\mathbf {p} _ \gamma - \mathbf {p} _ {\\Gamma'}) \\

&= p_ {\\Gamma} ^ {\\, 2\+ p_ {\\Gamma'} ^ {\\, 2\-2 p_ {\\Gamma }\\, p_ {\\Gamma'} \cos\theta. \end {richten} </Mathematik> {aus}

Das Vorwegnehmen, das damit ersetzbar ist, multipliziert beide Seiten mit:

:

Nach dem Ersetzen der Foton-Schwung-Begriffe mit wird das Vorstehende:

::

Jetzt Gleichungen 1 und 2, ausgleichend

::

Dann beide Seiten durch Erträge teilend

:

Seitdem

:

Anwendungen

Compton, der sich zerstreut

Compton, der sich zerstreut, ist von Hauptwichtigkeit zu radiobiology, weil es die wahrscheinlichste Wechselwirkung der Gammastrahlung und hohen Energieröntgenstrahlen mit Atomen in Wesen ist und in der Strahlentherapie angewandt wird.

In der materiellen Physik kann Compton, der sich zerstreut, verwendet werden, um die Welle-Funktion der Elektronen in der Sache in der Schwung-Darstellung zu untersuchen.

Compton, der sich zerstreut, ist eine wichtige Wirkung in der Gammaspektroskopie, die den Rand von Compton verursacht, weil es für die Gammastrahlung möglich ist, sich aus den verwendeten Entdeckern zu zerstreuen. Unterdrückung von Compton wird verwendet, um Streustreuungsgammastrahlung zu entdecken, um dieser Wirkung entgegenzuwirken.

Gegenteil Compton, der sich zerstreut

Gegenteil Compton, der sich zerstreut, ist in der Astrophysik wichtig. In der Röntgenstrahl-Astronomie, wie man wagt, erzeugt die Akkretionsscheibe, die ein schwarzes Loch umgibt, ein Thermalspektrum. Die niedrigeren von diesem Spektrum erzeugten Energiefotonen werden zu höheren Energien durch relativistische Elektronen in der Umgebungskorona gestreut. Das wird vermutet, um den Macht-Gesetzbestandteil in den Röntgenstrahl-Spektren (0.2-10 keV) zu verursachen, schwarze Löcher anwachsen zu lassen.

Die Wirkung wird auch beobachtet, wenn sich Fotonen vom kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) durch das heiße Benzin bewegen, das eine Milchstraße-Traube umgibt. Die CMB Fotonen werden zu höheren Energien durch die Elektronen in diesem Benzin gestreut, auf die Wirkung von Sunyaev-Zel'dovich hinauslaufend. Beobachtungen der Wirkung von Sunyaev-Zel'dovich stellen ein fast mit der Rotverschiebung unabhängiges Mittel zur Verfügung, Milchstraße-Trauben zu entdecken.

Ein Synchrotron-Strahlenmöglichkeitsstreuungslaserlicht vom versorgten Elektronbalken.

Dieser Compton backscattering erzeugt hohe Energiefotonen in MeV zur für Kernphysik-Experimente nachher verwendeten Reihe von GeV.

Siehe auch

• Liste von astronomischen Themen
• Liste von Physik-Themen
• Gammastrahl-Sternwarte von Compton
• Formel von Klein-Nishina
• Paar-Produktion
• Peter Debye
• Fotoelektrische Wirkung
• Thomson, der sich zerstreut
• Zeitachse der kosmischen Mikrowellenhintergrundastronomie
• Walther Bothe

Weiterführende Literatur

• (das ursprüngliche 1923-Papier auf der AIP Website)

Außenverbindungen

• Compton, der sich - staatliche Universität von Georgia zerstreut
• Compton, der Daten - staatliche Universität von Georgia streut