Efecto compton

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Efecto Compton.

Arthur H. Compton (1892-1962)

Fue un físico norteamericano, nacido en Wooster, Ohio, el 10 de septiembre de 1892. Recibió el grado de Doctor en Filosofía de la Universidad de Princeton en 1920. En 1920. En 1923 descubrió el cambio en la longitud de onda en los rayos X cuando eran dispersados por el carbón; el fenómeno ahora se conoce como el Efecto Compton. En reconocimientoa su importante descubrimiento, en 1927, obtuvo el Premio Nobel de Física, junto con C. T. R. Wilson, de Inglaterra. Compton fue, hasta su muerte, el Presidente de la Universidad de Washington.

Mientras hacía un estudio espectroscópico de la difusión de rayos X en 1923, A. H. Compton descubrió un nuevo fenómeno, ahora conocido como el efecto Compton. Después de una gran controversia con otrosinvestigadores, Compton probó de modo concluyente que un rayo X puede chocar con un electrón y rebotar con energía reducida en otra dirección. Esto es análogo a la colisión de dos bolas de billar.

El experimento histórico de Compton esta ilustrado esquemáticamente en la siguiente figura. Los rayos X procedentes del tubo T, se hicieron chocar contra una de las caras de un bloque de carbón ydifundirse en varias direcciones. Con un espectrógrafo de rayos X a un lado del bloque, se midió la longitud de onda de los rayos X difundidos en S en la dirección Ɵ. Estas longitudes de onda se compararon luego con las del haz incidente P.

[pic]

Las comparaciones están ilustradas por las gráficas en el diagrama (b). La curva superior (1) representa la longitud de onda λ de los rayos X en el hazP, antes de chocar contra el bloque. Las otras tres curvas, (2), (3), y (4), representan las dos longitudes de onda, λ y λ’, observadas cuando el espectrógrafo está colocado a loa ángulos Ɵ=45°, Ɵ=90° y Ɵ=135°, respectivamente. Estas gráficas indican que algunos de los rayos X difundidos han cambiado sus longitudes de onda, mientras que otros no. Además, muestran el importante resultado de que hamedida que el ángulo crece, aumenta también el cambio en la longitud de onda de los rayos modificados M.

Se utilizó carbón porque se trata de un elemento muy ligero (N° at. 6) con sólo dos niveles electrónicos. Al hacer pasar los rayos X por elementos pesados se obtienen rayos X por fluorescencia, y ya se sabía que estos rayos poseían longitudes de ondas mayores y se debían a saltoselectrónicos de niveles más extremos.

Para explicar las longitudes de onda modificada M, Compton invocó la teoría cuántica de la luz y propuso que un simple fotón de rayos X, actuando como una partícula material, puede chocar contra un electrón libre y rebotar como si fuera otro con menos energía.

También puede ocurrir un Efecto Compton inverso; es decir, que los fotones disminuyan su longitud de ondaal chocar con electrones. Pero para que esto suceda es necesario que los electrones viajen a velocidades cercanas a la velocidad de la luz y que los fotones tengan altas energías.
La principal diferencia entre los dos fenómenos es que durante el Efecto Compton "convencional", los fotones entregan energía a los electrones, y durante el inverso sucede lo contrario.
Este efecto puede ser una de lasexplicaciones de la emisión de rayos X en supernovas, quasars y otros objetos astrofísicos de alta energía.
Obtención de la formula.

El Modelo Compton

Se puede analizar cuantitativamente y en perfecto acuerdo con los resultados experimentales, aceptando que:

[pic]……….. (Dispersión de Compton)

[pic]: Longitud de onda Compton de la partícula dispersora.

[pic]

De la ecuación dedispersión de Compton se puede deducir a partir de los principios de la conservación de la energía y de la cantidad de movimiento (momentum). A continuación se describe esta deducción.
La energía de retroceso del electrón puede estar en el intervalo relativista, por lo que se deben usar las ecuaciones relativista de energía y cantidad de movimiento [pic] (energía total, energía en reposo,...
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