Эффект Комптона. 
Оптика

Исследуя рассеяние рентгеновских лучей веществами (легкими атомами, например углеродом, бором, алюминием), Комптон в 1923 г. открыл явление, которое заключалось в увеличении длины волны рассеяных лучей.

На рис. 8.13 представлена схема опыта Комптона.

Рис. 8.13.

Было установлено, что А' > А (у' < v, где v' — частота рассеянного, v — падающего излучения). Причем разность А' - А зависит от утла рассеяния 0:

где Л = 0,024 А — комптоновская длина волны (из формулы очевидно, что А (_пах=А + 2Л, т. е. поправка заметна только для рентгеновских лучей, у которых, А < 10 А).

Волновая теория света не может объяснить комптон-эффект, так как в волновой теории процесс рассеяния света — результат раскачки электронов вещества волной, которые, в свою очередь, излучают вторичную волну той же частоты, т. е. изменение А', зависящее от 0, не должно происходить.

Явление объясняется на основе корпускулярных представлений. В веществах с легкими атомами имеется значительное число (относительно общего числа) слабо связанных электронов (т. е. тех, энергия связи которых мала по сравнению с энергией падающих фотонов). Поэтому столкновение фотонов и электронов можно рассматривать как упругое соударение двух свободных частиц (рис. 8.14). Для них должны выполняться законы сохранения импульса и энергии:

Первое уравнение системы (8.24) — закон сохранения импульса (х-компонента), второе — закон сохранения энергии, третье — закон сохранения импульса (у-компонента).

Рис. 8.14.

Имеем три уравнения и три неизвестных (V, V, ф), остальные параметры (v, 0, т_е, h, с) задаются. Разрешая эту систему, можно вывести зависимость А', полученную экспериментально. При этом раскрывается содержание Л — комптоновской длины волны:

А что будет, если фотон столкнется с сильно связанными электронами (внутренними)? Это соударение фотона с электроном аналогично упругому соударению мячика со стенкой — импульс по модулю не должен изменяться, т. е. А' = А. Значит, рассеяние фотонов на внутренних, сильно связанных электронах не приводит к изменению длины волны рассеянного света.