ظاهرة كومبتون

ظاهرة كومبتون واحدة من أهم الظواهر الفيزيائية الهامة التي تم التعرف على هذه الظاهرة من قبل أحد

علماء الفيزياء

المشاهير ، و تم استخدمها في عدد من الأمور التي تعلقت بالطب و غيره .

ظاهرة كومبتون

و تعرف هذه الظاهرة ايضا باسم تشتت كومبتون ، تلك التي تم اكتشفها من قبل آرثر هولي كومبتون ، هو تشتت الفوتون بجسيم مشحون ، وهو عادة إلكترون ، و ينتج عن ذلك انخفاض في

الطاقة

(زيادة في الطول الموجي) للفوتون (والذي قد يكون فوتونا بالأشعة السينية أو أشعة غاما) ، يسمى تأثير كومبتون ، و يتم نقل جزء من طاقة الفوتون إلى الإلكترون المتكبد ، و يحدث التناثر العكسي للكومبتون عندما ينقل الجسيم المشحون جزءًا من طاقته إلى الفوتون .

تفاصيل عن ظاهرة كومبتون

يعد تشتت كومبتون مثالاً على الانتثار غير المرن من

الضوء

بجزيء مشحون حر ، حيث يختلف طول الموجة للضوء المتشتت عن ذلك الموجود في إشعاع الحادث ، و في تجربة كومبتون الأصلية ، كانت طاقة الفوتون الشعاعي أكبر بكثير من طاقة الربط للإلكترون الذري ، و بالتالي يمكن التعامل مع الإلكترونات على أنها حرة ، و تسمى الكمية التي يتغير بها طول الموجة الضوئية بالارتداء الكومبتون ، على الرغم من وجود تشتت كومبتون النووي ، تشير ظاهرة كومبتون عادةً إلى التفاعل الذي يشتمل على إلكترونات الذرة فقط ، و تمت ملاحظة تأثير كومبتون من قبل آرثر هولي كومبتون في عام 1923 في جامعة واشنطن في سانت لويس و تحقق كذلك من قبل طالب الدراسات العليا Y. H. Woo في السنوات التالية ، و قد حصل كومبتون على

جائزة نوبل

عام 1927 في الفيزياء لاكتشافها .

تأثير ظاهرة كومبتون

التأثير مهم لأنه يوضح أن الضوء لا يمكن تفسيره كظاهرة موجية فقط ، و لا يمكن أن يفسر انتثار

طومسون

، النظرية الكلاسيكية

للموجة الكهرومغناطيسية

المنتشرة بواسطة جسيمات مشحونة ، التحولات في الطول الموجي عند شدة منخفضة بشكل كلاسيكي ، سيؤدي ضوء شدة كافية للحقل الكهربائي إلى تسريع الجسيمات المشحونة إلى سرعة نسبية إلى إشعاع ضغط الارتداد والتحول الدوبلري المصاحب للضوء المتناثر ، و لكن التأثير يصبح صغيرًا بشكل تعسفي عند شدة الضوء المنخفضة بشكل كافٍ بغض النظر عن طول الموجة ، و بالتالي يجب أن يتصرف الضوء كما لو أنه يتكون من جسيمات .

إذا أردنا تفسير تشتت كومبتون منخفض الكثافة ، أو الافتراض القائل بأن الإلكترون يمكن معالجته كشئ غير صالح ، مما يؤدي إلى كتلة إلكترون لا حصر لها بشكل فعال مساوية للكتلة النووية (انظر على سبيل المثال التعليق أدناه على الانتثار المرن للأشعة السينية من هذا التأثير) ، أقنعت تجربة كومبتون علماء الفيزياء بأن الضوء يمكن أن يعامل على أنه تيار من الأجسام الشبيهة بالجسيمات (quanta تسمى فوتونات) ، و التي تتناسب طاقتها مع تردد موجة الضوء ، و لكن راجع مقالة جوليان شوينجر عن تقييم شوينجر المختلف لضرورة وجود أي جزيئات على الإطلاق في QED أو QCD .

اشتقاق صيغة تشتت كومبتون

– تصادم الفوتون γ مع الطول الموجي مع إلكترون في ذرة ، و التي تعامل على أنها في حالة الراحة ، و يتسبب الاصطدام في ارتداد الإلكترون ، و ينبثق فوتون جديد ذو طول موجي عند الزاوية θ من مسار الفوتون الوارد ، يسمح كومبتون بإمكانية أن يؤدي التفاعل في بعض الأحيان إلى تسريع الإلكترون إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء بما يتطلب تطبيق نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين لتوضيح الطاقة والزخم بشكل صحيح .

– في ختام ورقة كومتون لعام 1923 ، أبلغ عن نتائج التجارب التي تؤكد تنبؤات تركيبته ، مما يدعم افتراض أن الفوتونات تحمل زخمًا وكذلك طاقة كمية ، و في بداية اشتقاقه ، كان يفترض تعبيرًا عن زخم الفوتون من مساواة علاقة

آينشتاين

القائمة بالفعل في مجال الطاقة الكتلية .