compton olayı

[ukaLa]

Fotoelektrik etki dışında, ışığın kuantumlanmasını gerçekleyen diğer bir olayda Compton olayı olarak adlandırılır. 1922 yılında A. H. COMPTON (1892-1962; Nobel ödülü 1927); Röntgen ışını ve zayıf bağlanmış elektronlu madde arasındaki etkileşimin (Şekil 1), ışığın dalga modeliyle açıklanamayacağını göstermiştir. Klasik dalga modeline göre; Röntgen ışını ve madde arasındaki karşılıklı etki sürecinde, sadece madde üzerine gelen Röntgen ışınının dalga boyu gözlemlenebilir. Ancak yapılan deneyde, asıl ışımanın yanında daha büyük dalga boylu başka bir ışıma daha gözlemlenir. Compton bundan başka, dalga boyundaki değişimin sadece saçılma açısına bağlı olduğunu da tespit etmiştir. Compton bu olayların açıklaması için, madde üzerine gelen Röntgen ışınının (fotonun) dalga boyu değişiminin (ya da frekans değişiminin), ışının maddenin elektronlarıyla karşılıklı etki esnasında oluştuğunu kabul etmiştir. Bu esnada, Röntgen ışını bir miktar enerjisini ve momentumunu elektronlara aktarmaktadır.

Şekil 1. Röntgen ışını (fotonlar) ve madde arasındaki karşılıklı etkileşim.

Röntgen ışını (fotonlar) ve madde arasındaki karşılıklı etkileşimde, enerji ve momentum korunum yasalarını kullanarak aşağıdaki eşitliklerini yazabiliriz:

E foton,i + E elektron,i = E foton,s + E elektron,s

p foton,i + p elektron,i = p foton,s + p elektron,s

Burada i ve s imleri, enerji ve momentum değerlerinin başlangıç ve son durumlarını ifade etmektedirler. Bu denklemlerden fotonun çarpışmadan önceki dalga boyu ve çarpışmadan sonraki dalga boyu ve saçılma açısı arasındaki ilişki elde edilir:



Dl = l1 - l0 = (1 - cos q). (34)

Burada; h Planck sabiti, m elektronun kütlesi ve c ışık hızıdır. Eğer karşılıklı etkileşim sırasında fotonun bir miktar enerjisini ve momentini elektronun üzerine aktardığı hesaba katılırsa, fotonun dalga boyundaki değişim açıklanabilir.

Şimdi bu olayı deneysel olarak incelemek için interaktif ekran deneyini kullanabiliriz.

DENEY: (İnteraktif Ekran Deneyi) Deneyde Şekil 2'deki kaynaktan çıkan ışımayı kullanıyoruz. Bir saçılım cismindeki (burada plastik-cam silindir) saçılan ışımanın enerjisi çeşitli saçılma açılarında ölçülebilinir. Deneyin hedefi, kaynağın ışımasının dalga boyu (saçılan fotonun enerjisi) plastik-cam silindir ile karşılıklı etki esnasında artan açıyla birlikte gerçekten büyüyüp büyümediğini araştırmak olacaktır (enerji tersine azalmalıdır).

Şekil 2:Compton olayı interaktif ekran deneyi



Şekil 3:Saçılma açısı için 'un spektrum karşılığı (1:imleç 2:sol-tuş 3:sağ-tuş)

Şekil 4'de oranlı olarak saçılma açısının değerleri için enerji ve kuvvet değerleri gösterilmiştir.

Şekil 4: Işımadan sonra ışının enerjisinin saçılma açısına (şekilde saçılma açısı olarak alınmış) bağlılığı

Burada esnasında maksimum uzunluk ve yükseklik gösterilmiştir.Fotonun enerjisinin artan açılarla küçüleceği bilinir. ( bununla uygun dalga boyları büyür ) Demek ki dalga boyu değişimi saçılma açısına bağlıdır. Bu olay fotonun bir miktar enerjisini ve momentini elektron üzerine geçirmesi suretiyle gerçekleşir. Bu karşılıklı etki sürecinde enerji ve momentum korunum yasaları da geçerlidir.

Uyarı: Küçük enerji değerlerinden yarım değer genişliği tam olarak tespit edilemez.

SONUÇ:

* Compton olayının bu teorisi bu olayların tek mümkün yorumu değildir. Bilinmektedir ki, elektronlarda dalga paketçiklerine sahiptirler, aynı zamanda bu olayların ışık paketçiği fikri olmaksızın bir dalga teorisi yorumu da akla yakındır. Bundan başka DÖRING 1973 açıklaması da vardır.
* Burada ölçüm programı ışımanın dalga boyunu değil, aksine enerjisini gösterir, dalga boyu değişiminin eski formülü yerine enerji değişiminin uygun bir formülü kullanılmalıdır.Daha sonra ile denklemini elde ederiz.


Işık, fotoelektrik ve Compton olaylarında; şu ana kadar ki bir çok olayda gösterdiği dalga özelliğinin yanında, tanecik özelliğide sergilemektedir. Tıpkı elektronlarda olduğu gibi, ışık da dalga ve tanecik özelliklerini gösteren, ancak tanımlamak istediğimizde yeni bir şey olarak ifade edebileceğimiz, “Kuantum Nesneleri” dir.