Compton-Effekt

Compton-Effekt Teil II

Hintergrund und heutige Interpretation

Nach der Theorie der elektromagnetischen Wechselwirkung mit geladenen Teilchen, von Thompson entwickelt , einer einfallenden Strahlung mit einer Frequenz f0 sollte ein Elektron in der Ausbreitungsrichtung der einfallenden Strahlung zu beschleunigen, und das Elektron sollte erzwungenen Schwingungen und Re- Strahlung bei der Frequenz f zu unterziehen, wobei f < f0 . Die Frequenz des gestreuten Strahlung ist von der Länge der Zeit der Elektronenbestrahlung zu der einfallenden Strahlung als auch der Intensität der einfallenden Strahlung ab.

Compton Experiment zeigt vielmehr genauer Wellenlängenverschiebung von Röntgenstrahlen in einem bestimmten Winkel gestreut sowohl unabhängig von der Intensität der einfallenden Strahlung und der Dauer der Einwirkung der einfallenden Strahlung ist , und hängt nur vom Streuwinkel .
In ursprünglichen Experiment , prallte Compton Röntgenstrahlen in einem Graphit-Target mit drei verschiedenen Streuwinkeln ; 45 º , 90 º und 135 º . Die Interpretation des Experiments ist in Compton tatsächlichen quantenmechanischen am korpuskularer Aspekt der elektromagnetischen Strahlung.
Nach dieser Photonen sind Teilchen mit folgenden massles Energie und Impuls :
;  (1.22)
Wenn wir einen Strahl von Röntgenstrahlen , um ein Ziel schlagen lassen , werden einige der Photonen in dem Strahl interagieren , gemäß der Quantenmechanik , mit freien Elektronen im Material. Wenn das einfallende Photon Teil seiner Energie an die Elektronen gibt , dann das gestreute Photonen gemessen wird, um eine geringere Energie als die ursprünglichen Photon . Diese Photonen, die , nach der Streuung , kommen bei einem Winkel θ relativ zu dem einfallenden Strahl in Richtung " addieren ", um den gestreuten Strahl von Röntgenstrahlen in diesem Winkel beobachtet bilden .
Ohne präsentiert das gesamte mathematische Demonstration , in jedem Buch über Quantenmechanik , wird die Wellenlänge des gestreuten Strahl gegeben durch:
  ( 1.23)

 In Compton-Streuung der einfallenden Photons streut ein Elektron , das zunächst in Ruhe . Die Elektronen- Energie gewinnt und die gestreuten Photons eine Frequenz kleiner als die des einfallenden Photons

Compton-Streuung tritt in allen Materialien und überwiegend mit Photonen mittlerer Energie , dh etwa 0,5 bis 3,5 MeV .

Warum die eigentliche Erklärung ist absurd ....

 Es ist notwendig, einen Vergleich zwischen den photoelektrischen Effekt und Compton-Effekt zu machen. In dem ursprünglichen photoelektrischen Effekt , die Energie des Photons der gleichen Größenordnung wie die Energie der Bindung eines Elektrons an einem Kern , wenige eV . Somit wird, wenn das Photon das Elektron trifft es nur ausreichend Energie verleiht , um diese Elektronen auszuwerfen. In scheint, dass in diesem Fall ist es nicht wichtig ist, die , , Photon Dynamik der Vorfall " und schließlich eine , , Dynamik der Elektronen " .

Wenn jemand berücksichtigt die Impulserhaltung für photoelektrischen Effekt ein Paradox erscheinen für die tatsächliche Physik, weil die einfallenden Photons hat nicht genug Schwung, um das Elektron aus seiner Flugbahn abweichen , es ist à la mode , um das Elektron in Ruhe annehmen (eine weitere klassische Dummheit ! ) in Material , aber auch in diesem Fall wird das einfallende Photon Dynamik nicht hoch genug, um die Elektronen in Bewegung gesetzt .
Wenn das Verhältnis von Compton gestreuten Photonen analysiert noch , weird " Situationen sind für die tatsächliche Quantentheorie generiert.
Die Wellenlänge des gestreuten Strahls ist gegeben durch:

Und beobachtet wird das gestreute Photonen-Energie ist abhängig von dem Winkel der Kollision.
Mit dieser Formel , irgendwelche, , common sense mind " wird angenommen, dass Licht hat eine , , Teilchenstrahlung " Natur, aber in der gleichen Zeit diese Formel der Regel aus dem Quanten- Idee.
Die Energie von Photonen verloren nicht zu einem kleinsten Stück verbunden , sondern in einem Winkel stehen. Im Prinzip kann dieser Winkel beliebige Werte zwischen 0 und 180 Grad so zu nehmen ... bye bye Quantisierung.
Natürlich ist hier viel Platz für Philosophie ..... und tatsächlichen Theoretiker sind Meister in diesem Bereich ...
Hat jemand fragen, wie ist für ein Photon , um den Winkel des Aufpralls wissen möglich ist, und um die genaue Menge an Energie zu ändern, um eine lineare Abhängigkeit von λ = f ( θ ) haben ? Neben einer bereits erfunden , spezielle Sinn " Photon auf dem kürzesten Weg zwischen einer Vielzahl von möglichen Pfaden , wissen nun , eine weitere sense" muss Photon erfunden, um in der Lage sein , einen Winkel zu schätzen und einen , bestimmten ändern Menge an Energie " .
Lassen wir beiseite diese Probleme der tatsächlichen Quantenmechanik , und lassen Sie uns zu einer realistischeren Widersprüche der eigentliche Erklärung für Compton-Effekt bestehen.
Es wird angenommen, dass der Compton-Streuung tritt vorwiegend mit Photonen mittlerer Energie , also etwa 0,5 bis 3,5 MeV . Ein 137Cs radioaktiven Quelle wird in der Regel verwendet, um Photonen für Compton-Streuung bieten . Die radioaktive Quelle erzeugt einen Strahl von Photonen mit einer Energie 0,662 MeV bedeutet dies 1,06 x10exp (-13) J , wobei der Strahl hauptsächlich monoenergetische .
Mit dieser Photonenenergie , ist es nicht schwierig, die Masse solcher Photonen γ nach tatsächlichem Quantentheorie berechnen :
 kg

Durch Vergleich mit Masse des Elektrons ist :

 Also, im Falle einer Compton -Effekt mit dieser Photonenenergie sind wir insbesondere bei elastischen Kollision , wo beide Massen gleich sind und ein Objekt ( Elektron) in Ruhe betrachtet. Wenn wir das Experiment zu reduzieren, um eine Zwei- Ball -Setup haben, sollten das Schwingen Ball gekommen, um , wie es Beulen in der einsamen Ball ruhen. Und das einsame Kugel wird auf die Geschwindigkeit der andere Ball hatte, als es geschlagen werden beschleunigt . Daher wird in diesem , hypothetischen " eindimensionale Compton-Effekt , bleiben die Photonen in Ruhe, und Elektronenverstärkung gesamte Energie der einfallenden Photonen .

Es ist sehr seltsam, wie möglich für eine Compton-Effekt eine zu haben, bleibt elastischen Stoß "und die einfallenden Photons mit mehr als 93% von seinem ursprünglichen Energie, und das Elektron Gewinn höchstens 7% von Photonen-Energie .
In der Praxis gibt es nur wenige Fälle, in denen die Kollision ist eindimensional , mehr nah an der Realität ist ein bi dimensional Kollision und Streuung , in diesem Fall ist die Situation ein wenig komplizierter, aber überschaubar.
Betrachten wir den Fall , wenn der Ball 1 kollidiert elastisch die Kugel 2 . Der Aufbau des Experiments ist es, Ball 2 von Masse m2 in Ruhe haben vor der Kollision und der Ball 1 von Masse m1 mit der Geschwindigkeit v. Die Geschwindigkeit v1 der Kugel 1 und v2 der Kugel 2 bewegt nach der Kollision auf der "mit dem Ziel abhängen " Abstand δ , die gleich dem Abstand zwischen der Mitte der Kugel 2 und der Linie der Bewegung der Kugel 1 vor der Kollision ist .

Die Kollision wird passieren, wenn δ < R1 + R2 .

 Die Kraft, die auf die Kugel 2 während einer Kollision von der Seite der Kugel 1 entlang der Linie gerichtet ist , die die Mitten der Kugeln . So, nach der Kollision die Kugel 2 wird in einem Winkel θ zu bewegen , wie in der Abbildung dargestellt.

(R1 + R2 ) sin θ = δ
Bei der Kollision die Energie und Dynamik der Bewegung konstant ist :

Aus diesen Gleichungen findet man:

Angesichts m1 = m2 , wird die bi dimensional Kollision nicht wieder fit mit der beobachteten Verteilung von Energie vor und nach der Kollision.
Wenn es eine , , wirklich " elastischen Stoß und Photonenmasse gleich mit Masse des Elektrons , eine größere Verteilung der Rückstoß Elektronenenergie und Rückstoß Photonen gezählt werden sollten . Es sollte beachtet werden , wenn Fälle einfallenden Photons locker 50 % der ursprünglichen Energie sogar 75% Prozent oder sogar mehr.
Dies ist nicht das Ende der Alptraum für die eigentliche Theoretiker .
Die oben dargestellten Diskussion wurde für eine 0,66 MeV Photonen gemacht .
Bei einem 3,5 MeV Photonen ist die Masse dieses Photons :

 Durch Vergleich mit Masse des Elektrons ist :

In diesem Fall ist die Masse Photonen wesentlich größer als Elektronen Ruhmasse betrachtet.
Auch aus der klassischen Mechanik , wenn eine größere Objekt kollidiert mit einem kleineren Objekts in Ruhe, es unmöglich ist, die größer Objekt Rückstoß bei 135 Grad haben . Also, wenn der Compton-Effekt wie das einfallende Photonenenergie zu, das Signal zum Rückstoß Photonen unter einem Winkel größer als 90 Grad zu verschwinden . Bedeutet dies in Experimenten passieren? Vielleicht ist die Zeit für die eigentliche Theoretiker einige Experimente , bevor sie Kommentare zu wiederholen.
Vor langer Zeit , aber im Jahr 2007 veröffentlicht , und auch in einem Internet- Artikel , eine alternative Erklärung für Compton-Effekt vorgeschlagen wurde. Die Erklärung wurde auf einer Kollision zwischen einem Photon und Masse eines Elektrons , in Ruhe " , um einen Vergleich mit der Quantenmechanik haben basiert.
Im Moment , in Ermangelung einer anderen Möglichkeit, die Masse eines Photons zu schätzen, ist es sehr schwierig, eine klare Schlussfolgerung für Compton-Effekt ziehen .

 Wenn die Masse eines γ -Photon ist vergleichbar mit Elektronenstrahlen Masse wird die Compton-Effekt durch Kollision von γ -Photon mit Atomkern verursacht .

Wenn die Masse der γ -Photon ist viel kleiner als Masse des Elektrons , das Compton-Effekt kann sowohl Art von Kollisionen verursacht werden: γ -Photon mit Elektronen und γ -Photon mit Atomkern .
In beiden Fällen ist der mathematische Demonstration in Atomare Struktur Buch und in dem sich vorgestellt Link behält seine Gültigkeit als Prinzip . Es ist notwendig, die , Hindernis ", die die Photonen abweichen herzustellen.
Beide Möglichkeiten sprengen die eigentliche Erklärung und Quantentheorie.
Es ist eine weitere Überarbeitung der Compton-Effekt in physikalisch- Chemie Buch vorgesehen