康普頓效應1
| 康普頓效應1 |
1923年，美國物理學家康普頓在研究x射線通過實物物質發生散射的實驗時，發現了一個新的現象，即散射光中除了有原波長λ0的x光外，還產生了波長λ>λ0 的x光，其波長的增量隨散射角的不同而變化。這種現象稱為康普頓效應(Compton Effect)。用經典電磁理論來解釋康普頓效應時遇到了困難，康普頓藉助於愛因斯坦的光子理論，從光子與電子碰撞的角度對此實驗現象進行了圓滿地解釋。我國物理學家吳有訓也曾對康普頓散射實驗作出了傑出的貢獻。
目錄
簡介
1922～1923年康普頓研究了X射線被較輕物質(石墨、石蠟等)散射後光的成分，發現散射譜線中除了有波長與原波長相同的成分外，還有波長較長的成分。這種散射現象稱為康普頓散射或康普頓效應。康普頓將0.71埃的X光投射到石墨上，然後在不同的角度測量被石墨分子散射的X光強度。當φ=0時，只有等於入射頻率的單一頻率光。當φ≠0（如45°、90°、135°）時，發現存在兩種頻率的散射光。一種頻率與入射光相同，另一種則頻率比入射光低。後者隨角度增加偏離增大。在1923年5月的《物理評論》上，A.H.康普頓以《X射線受輕元素散射的量子理論》為題，發表了他所發現的效應，並用光量子假說作出解釋。他寫道（A.H.Compton，Phys.Rev.，21（1923）p.）：「從量子論的觀點看，可以假設：任一特殊的X射線量子不是被輻射器中所有電子散射，而是把它的全部能量耗於某個特殊的電子，這電子轉過來又將射線向某一特殊的方向散射，這個方向與入射束成某個角度。輻射量子路徑的彎折引起動量發生變化。結果，散射電子以等於X射線動量變化的動量反衝。散射射線的能量等於入射射線的能量減去散射電子反衝的動能。由於散射射線應是一完整的量子，其頻率也將和能量同比例地減小。因此，根據量子理論，我們可以期待散射射線的波長比入射射線大，而散射輻射的強度在原始X射線的前進方向要比反方向大，正如實驗測得的那樣。」
評價
實驗事實明確地擺在物理學家面前，可就是找不到正確的解釋。1919年康普頓也接觸到γ散射問題。他以精確的手段測定了γ射線的波長，確定了散射後波長變長的事實。後來，他又從γ射線散射轉移到X射線散射。鉬的Kα線經石墨晶體散射後，用游離室進行測量不同方位的散射強度。通過康譜頓發表的部分曲線可以看出，X射線散射曲線明顯地有兩個峰值，其中一個波長等於原始射線的波長（不變線），另一個波長變長（變線），變線對不變線的偏離隨散射角變化，散射角越大，偏離也越大。康普頓的學生，從中國赴美留學的吳有訓對康普頓效應的進一步研究和檢驗有很大貢獻，除了針對杜安的否定作了許多有說服力的實驗外，還證實了康普頓效應的普遍性。他測試了多種元素對X射線的散射曲線，結果都滿足康普頓的量子散射公式。康普頓和吳有訓1924年發表的論文題目是：《被輕元素散射時鉬Kα線的波長》。（ A.H.Comptonand Y.H.Woo，Proc.Nat.Acad.Sei，10（1924）p.27.）他們寫道：「這張圖的重要點在於：從各種材料所得之譜在性質上幾乎完全一致。每種情況，不變線P都出現在與熒光MoKa線（鉬的Kα譜線）相同之處，而變線的峰值，則在允許的實驗誤差範圍內，出現在上述的波長變化量子公式所預計的位置M上。[1]