Komptono sklaida

Komptono sklaida (arba Komptono efektas) – gama arba rentgeno spindulių energijos sumažėjimas (bangos ilgio padidėjimas), kai spinduliai praeina pro medžiagą. Taip pat egzistuoja atvirkštinė Komptono sklaida, kai gama fotonai įgyja papildomos energijos. Pirmasis Komptono efektą stebėjo Artūras Komptonas 1923 metais ir vėliau šį efektą patvirtino Komptono studentas Y. H. Woo. Už šį atradimą A. Komptonas buvo apdovanotas Nobelio fizikos premija 1927 metais.

Šis efektas yra labai svarbus todėl, kad parodo, jog šviesos neįmanoma aprašyti vien banginėmis savybėmis. Klasikinėje teorijoje naudojama Tomsono sklaida negali paaiškinti bangos ilgio pokyčio. Norint paaiškinti bangos ilgio pokytį, šviesai reikia pritaikyti dalelių savybes. Komptono eksperimentas įtikino fizikus, kad šviesa gali elgtis kaip srautas dalelių, kurių energija yra proporcinga dažniui.

Elektronų ir didelės energijos fotonų sąveikos rezultatas – tamprusis susidūrimas (judesio kiekis nekinta), kai fotonas perduoda dalį savo energijos elektronui ir pakeičia savo skriejimo kryptį.

Komptono sklaidos formulė

Fotonas, kurio bangos ilgos $\lambda \,$ atskrieja iš kairės, susiduria su ramybės būsenoje esančiu objektu ir, pakeitęs bangos ilgį į $\lambda '\,$, toliau nuskrieja kampu $\theta \,$.

Komptono bangos pokytis aprašomas formule:

$\Delta \lambda =\lambda _{k}(1-cos(\theta ))\,$

$\Delta \lambda \,$ - bangos ilgio pokytis ($\lambda -\lambda '\,$)

$\lambda _{k}={\frac {h}{m_{e}c}}\,$ - Komptono bangos ilgis (~0,024263 Å). Čia h - Planko konstanta, m_e - elektrono masė, c - šviesos greitis.

$\theta \,$ - atsispindėjusių dalelių kampas

Atvirkštinis Komptono efektas

Atvirkštinis Komptono efektas (energijos padidėjimas, bangos ilgio sumažėjimas) yra svarbus astrofizikai. Yra manoma, kad akrecinis diskas, kuris supa juodąją skylę, skleidžia šiluminį spinduliavimo spektrą. Šio spinduliavimo sukurti mažos energijos fotonai vainike esančių elektronų yra išsklaidomi į didesnės energijos fotonus. Manoma, kad šis efektas yra laipsninės juodųjų skylių rentgeno spektro (energijos 0,2-10 keV srityje) priklausomybės priežastis.

Komptono atvirkštinis efektas taip pat stebimas, kai kosminio fono fotonai praskrieja pro karštas dujas, kurios juosia galaktikų spiečius. Šie fotonai išsklaidomi į didesnių energijų fotonus šiose dujose. Šis efektas dar pavadintas Sunyev-Zel‘dovich efektu.

Pritaikymai

Komptono sklaida daugiausiai pritaikoma radiobiologijoje, nes ši sklaida yra tikimiausia rentgeno spinduliams sąveikaujant su gyvų būtybių atomų branduoliais. Tai pritaikoma radioterapijoje. Medžiagos fizikoje Komptono efektas gali būti panaudotas zonduojant elektronų banginėms funkcijoms. Taip pat Komptono efektas panaudojamas gama daleliu spektroskopijoje.