康普顿散射

我们来谈谈康普顿散射。康普顿散射是发生在20世纪初的另一个非常重要的事件它表明光子是真实存在的。有时候它们确实表现得像粒子。我的想法是这样的。

当光的波长非常非常大时，它就像波一样。所以如果你把光发射到一个电子可以来回移动的金属中，电子就会随着与电磁波相关的电场上下移动。然而，当光的波长非常小时，它就像粒子一样。这里我们有光子当你拿一个粒子把它扔给另一个粒子，这个粒子不会像这样运动。你会发生碰撞。所以我们实际上得到了这样的碰撞。光进来，击中电子，然后它们以不同的角度离开。这就是当光入射到电子上时发生的事情。只要它的波长足够小，能像粒子一样运动。好的。 So let's see what else happens in this process.

那么，我们有了这个碰撞，我们要做的，和我们经常做的两个粒子之间的碰撞完全一样。我们通过它，保存能量和动量。这将是一个弹性碰撞因为之后，我们得到了什么?我们得到了一个电子和一个光子。所以我们没有任何非弹性，你不能变形电子。所以当我们通过时，我们想要保存能量和动量，天啊。我们要知道光子的能量和动量是什么。我们从黑体辐射谱和光电效应中知道与光子相关的能量是h乘以频率。

我们也知道这实际上来自康普顿散射，光子的动量由h /给出。普朗克常数除以辐射波长。我们也可以把它写成真空中的能量除以光速。好吧。

现在当你经历这个能量动量过程的时候我现在不打算在黑板上做因为它有点复杂。事实上，它出奇地复杂。但答案并不是那么糟糕。答案告诉我们，为了保存能量和动量，波长必须改变。这就意味着出去的光子和进来的光子有不同的波长。这在传统上是不可能的。你不能让波浪这么做。但在量子中，你可以。它的行为就像一个粒子，它会改变它的能量，只要这需要波长，它就会改变。所以波长的偏移由h / mc给出，m是电子的质量，c是光速，h当然是普朗克常数乘以1减去光子离开的角度的余弦。

有趣的是波长的变化与h / mc相关，这是无量纲的。这就意味着h / mc一定扮演了波长的角色。事实上是这样的，它被称为电子的康普顿波长。现在，如果h / mc相对于光的波长非常非常小，那么波长的变化就相对非常小。所以没有问题。另一方面，如果h / mc比你射入的，击中电子的辐射波长非常非常大，那么波长的变化将是巨大的。所以康普顿散射是由入射光的波长和康普顿波长的比值决定的。好吧。

如果波长比康普顿波长小得多我们会得到一个很大的影响如果波长比康普顿波长大得多我们会得到一个很小的影响。这给了我们一个定量的解释我之前说过的，波长大的就像波，波长小的就像粒子。与什么相比大?小到什么程度?与电子的康普顿波长相比大或小。康普顿波长非常非常非常小。2.4 pecometers。所以一个pecmeter是1米的万亿分之一。所以它实际上是原子的1 / 100。所以你必须发射波长非常小的光，比原子小100倍才能得到明显的康普顿散射效应。 But we've done it and this is the way it comes out.

这就是康普顿效应。