КОМПТОН ЭФФЕКТІСІ – электрмагниттік сәулелердің еркін (немесе әлсіз байланысқан) электрондардан толқын ұзындықтарын арттырумен қабаттасатын серпімді шашырауы; қысқа толқынды рентген және гаммасәулелердің шашырауы кезінде
байқалады. Бұл эффектіні 1922 жылы 1-сызба. Комптон-эффектіде фотон мен электронның серпімді соқтығысуы.
американ физигі Артур Комптон (1892 Соқтығысқанға дейін электрон тыныш-
– 1962) рентген сәулесінің парафиннен тықта болады. рγ және р’γ – соқтығысушы және шашыратылған фотондардың
шашырауын зерттеу кезінде ашқан. импульстері; ре – тебілген электронның
Комптон эффектісі алғаш рет импульсі; θ – фотонның шашырау бұрышы;
φ – тебілген электронның түсетін фотонға
электрмагниттік сәулелердің (дербес қатысты ұшатын бұрышы
жағдайда жарықтың) корпускулалық қасиетін толықтай ашты. А.Комптон тәжірибе жүзінде рентген сәулесінің толқын ұзындығының, затқа түсірілген сәуленің толқын ұзындығынан артық болатындығын байқаған. Толқын ұзындығының осылай артуын классикалық теория тұрғысынан түсіндіру мүмкін емес. Өйткені бұл теория бойынша шашырау кезінде жарық толқынының ұзындығы өзгермеуі қажет болатын.
А.Комптон рентген сәулесін графиттің және басқа денелердің шашыратуын зерттеу кезінде Д1 және Д2 диафрагмалары ажыратқан жіңішке сәуле зат кесегіне түсіп одан θ бұрышпен ауытқып рентген сәулесін әрқилы бұрышпен ауытқытатын кристалға түскен. Фотопластинка толқын ұзындығы λ сәуле сызық із қалдырған. Егер рентгендік сәуле толқындық үрдіс (процесс) ретінде қарастырылатын болса, онда атомдық электрондар электрмагниттік өрістің ықпалымен затқа түскен рентген сәулесінің жиілігіне тең жиілікпен тербеле бастайтын болмақ, сол себепті фотопластинкада жаңа сызықтар пайда болмақ емес (яғни ондай сызық пайда болмайды). Рентген сәулесінің кванттары энергиясының бір бөлігін атомдық электрондарға беріп энергиясын шығындағандықтан жаңа сызық (толқынының ұзындығы λ`) пайда болған. Бұл толқынның ұзындығы ∆λ=λ`−λ=2πλ0sin2 θ/2. Осы өрнектегі λ0 = һ/mec – электронның комптондық толқын ұзындығы (2,426∙10-10 см) деп аталған.
Рентгендік сәуленің толқын ұзындығының өзгеру құбылысы Комптон эффектісі деп аталған.
Жарықтың шашырауының
[ағылшын физигі Джозеф Дж. Комптон тәжірибесінің сұлбасы. Д1, Д2 – диафраг- малар; λ – рентген сәулесінің толқын ұзындығы
Томсон (1856 – 1940) дамытқан] классикалық теориясы бойынша шашырау құбылысы кезінде жарық толқынының ұзындығы өзгермеуі тиіс: электрон жарық толқынының периодты электр өрісінің әсерінен өрістің жиілігімен тербеледі және сол себепті осы жиілікпен екінші реттік (шашырау) толқынын таратады (шығарады).
Комптон эффектісінің алғашқы теориясын кванттық түсініктер негізінде Комптон және оған тәуелсіз түрде голланд физигі Петер Дебай (1884 – 1966) тұжырымдаған. Кванттық теория бойынша жарық толқыны жарық кванттарының (фотондардың) ағыны болып табылады. Әрбір фотонның белгілі бір ࣟ γ=hv = hc/λ-ға тең энергиясы және pγ = (h/λ)·n-ге тең импульсі болады, мұндағы λ – түскен жарық толқынының ұзындығы (v – оның жиілігі), с – жарық жылдамдығы, h – Планк тұрақтысы, n – толқынның таралу бағытындағы бірлік вектор. Комптон эффектісі кванттық теория бойынша екі бөлшектің (соқтығысқан фотон мен тыныштықтағы электронның) серпімді соқтығысулары ретінде қарастырылады. Соқтығысудың әрбір актісінде энергияның және импульстің сақталу заңдары орындалады. Электронға соқтығысқан фотон оған өзінің энергиясы мен импульсінің белгілі бір бөлігін береді, әрі қозғалыс бағытын өзгертіп шашырайды: фотон энергиясының кемуі шашыраған жарық толқынының ұзындығының артқандығы болып есептеледі. Фотон келгенге дейін тыныштықта тұрған электрон, фотоннан энергия мен импульс алған электрон қозғалып тебілетін болады. Бөлшектердің соқтығысудан кейінгі қозғалысының бағыты және олардың энергиясы энергия мен импульстің сақталу заңдарымен анықталады.
Комптон эффектісі тек электрондарда ғана мүмкін болмайды, өзге зарядты бөлшектерде де, мысалы, протондарда да мүмкін болады, бірақ та протонның массасының үлкен болуы себепті оның тебілуі тек өте жоғары энергиялы фотондардың шашырауы кезінде ғана білінетін болады.
Комптондық шашырау атом ядроларының γ-сәулелерін зерттеулерде кеңінен пайдаланылады, кейбір гамма-спектрметрлердің жұмыс жасау принциптерінің негізіне жатқан.