Qué es el Efecto Compton y Cómo Funciona en la Física

Qué es el Efecto Compton y Cómo Funciona en la Física

Aprendiendo que es el efecto Compton

El efecto Compton también conocido como la dispersión Compton, es el resultado de un foton de alta energía que choca contra un objeto, el cual libera electrones unidos de forma suelta, desde la capa externa de la molécula o átomo. La radiación dispersada va experimentando un cambio en la longitud de onda que no puede ser explicado en términos de la teoría de la onda clásica, brindando apoyo a la teoría del foton desarrollada por Einstein. Probablemente la implicación que mas importa del efecto, es que demostró que la luz no podría explicarse de una forma completa de acuerdo con los fenómenos de onda. La dispersión Compton es un claro ejemplo de un tipo de dispersión inelastica de la luz por una partícula cargada. La dispersión nuclear también es producido, aunque el efecto Compton por lo general hace referencia a la interacción con electrones.

Dicho efecto se demostró por primera vez en el año 1923 por el físico Arthur Holly Comptom, el cual recibo un Premio Nobel en el año 1927.

Cómo funciona la dispersión de Compton

La dispersión que se muestra en el diagrama, un foton de alta energía (por lo general rayos X o rayos gamma) colisionan con un objetivo, que posee electrones que están unidos de forma débil en su capa exterior. El foton incidente tiene la siguiente energía E y momento lineal p:

E = hc / lambda
p = E / c

El foton entrega parte de toda su energía a uno de los electrones casi libre, en forma de energía cinética, como es en cualquier colisión de partículas. Sabemos muy bien que la energía total y el momento lineal tienen que ser conservados. Al analizar dichas relaciones de energía e impulso para el electrón y el foton, terminamos con tres ecuaciones:

energía
impulso x- componente
y -componente de componentes

… en cuatro variables:

phi, el ángulo de dispersión del electrón.
theta, el ángulo de dispersión del fotón
Ee, la energía final del electrón.
E’, la energía final del fotón.

Si solo nos preocupamos por la energía y la dirección del fotón, entonces las variables electrónicas pueden tratarse como constantes, lo que significa que es posible resolver el sistema de ecuaciones. Al combinar estas ecuaciones y usar algunos trucos algebraicos para eliminar variables, Compton llegó a las siguientes ecuaciones (que obviamente están relacionadas, ya que la energía y la longitud de onda están relacionadas con los fotones):

1 / E ‘- 1 / E = 1 / ( m e c 2 ) * (1 – cos theta )
lambda ‘- lambda = h / ( m e c ) * (1 – cos theta )

El valor h / ( m e c ) se denomina longitud de onda de Compton del electrón y tiene un valor de 0.002426 nm (o 2.426 x 10 -12 m). Esto no es, por supuesto, una longitud de onda real, sino realmente una constante de proporcionalidad para el cambio de longitud de onda.

¿Por qué esto apoya a los fotones?

Este análisis y derivación se basan en una perspectiva de partículas y los resultados son fáciles de probar. Al observar la ecuación, queda claro que todo el cambio se puede medir puramente en términos del ángulo al que se dispersa el fotón. Todo lo demás en el lado derecho de la ecuación es una constante. Los experimentos muestran que este es el caso, dando un gran apoyo a la interpretación fotónica de la luz.

Continuar Leyendo >

Articulos relacionados a la energia