Aby zrozumieć zjawisko Comptona niezbędne jest wprowadzenie kilku terminów z zakresu fizyki kwantowej i optyki. Są to: foton - cząstka elementarna, nie posiada ładunku elektrycznego ani masy spoczynkowej, przenosi oddziaływania elektromagnetyczne, postrzegany jako fala elektromagnetyczna. Kwant - najmniejsza ilość o jaką może zmienić się dana wielkość fizyczna w pojedynczym zdarzeniu. Natura światła - istnieją 3 teorie opisujące ją: korpuskularna - opisuje światło jako strumień cząstek(fotonów), falowa - światło to fala oraz probabilistyczna - opiera się na prawach prawdopodobieństwa. Warto też porównać rozpraszanie Comptona ze zjawiskiem fotoelektrycznym zewnętrznym, w którym również foton uderza w elektron, jednak jest to elektron związany - foton przekazuje mu całą energię i znika. W zjawisku Comptona foton przekazuje jedynie część energii elektronowi.
Doświadczenie Comptona miało potwierdzić teorię Einsteina, że gdy światło oddziałuje z materią należy traktować to jak zderzenie sprężyste dwóch cząstek.
Compton wprowadził własne oznaczenie:
nazwane "comptonowską długością fali".
Ostatecznie wzór na zmianę długości fali wygląda tak:
Podczas pisania tej pracy nasze zainteresowanie zjawiskiem Comptona znacznie wzrosło, co zrodziło w nas chęć zetknięcia się z tym zjawiskiem nie tylko na polu teoretycznym, ale także rozbudziło w nas zmysł praktyczny, który pchnął nas ku temu przedsięwzięciu. Dzięki życzliwości pracowników Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach nasz plan został zrealizowany. Jak się przekonaliśmy, bycie fizykiem prowadzącym doświadczenia, wcale nie należy do łatwych zajęć… Pomimo wielu przeszkód, eksperyment został zrealizowany pomyślnie.
Czynności:
Na detektor scyntylacyjny kładziemy źródło, jakim były: Co-60 oraz Cs-137. Zanim dostarczymy im energii badamy tło. Po podłączeniu generatora wysokiego napięcia obserwujemy na ekranie komputera tworzące się widmo danego pierwiastka. Mierzymy rozkład widma na detektorze scyntylacyjnym.
Obserwacje:
W detektorze scyntylacyjnym znajduje się fotopowielacz, który zmienia foton w impuls elektryczny. Obserwujemy zachodzenie zjawiska fotoelektrycznego oraz zjawiska Comptona; widoczne były piki – linie widmowe (obserwujemy energię).
Wniosek:
Promieniowanie γ oddziałuje z materią na różne sposoby.
Widmo promieniowania γ pierwiastków promieniotwórczych ma charakter dyskretny,
czyli obserwujemy oddzielne linie widmowe. Promieniująca substancja może zostać
zidentyfikowana dzięki tym liniom, które odpowiadają ich energii.
Poniższy wykres ilustruje linie widmowe izotopu Co-60
Detektory scyntylacyjne
Ustalanie napięcia dla Co-60