Efecto compton

Efecto Compton

Facultad de ciencias básicas e ingeniería.
Programa: Física.

Resumen

En este laboratorio se analiza de forma cuantitativa y cualitativa la forma en que la radiación electromagnética interactúa al incidir en los electrones libres de un material, para esto se hace uso de un simulador con el cual simulamos que una fuente de radiación electromagnética emite radiación conlongitud de onda fija y se hace incidir sobre un material con diferentes ángulos de incidencia se anotan ángulos de longitud de onda incidente, ángulos de incidencia y longitud de onda dispersa con estos datos se comprobara si la hipótesis cuántica de la radiación electromagnética es correcta y confrontar lo que predecía la teoría cuántica con los resultados experimentales del fenómeno estudiadopor Compton.



Introducción
En el primer tercio del siglo XX, empezaron a conocerse algunas particularidades del electrón en fenómenos que asentaron las nacientes teorías de la relatividad y la mecánica cuántica. Entre ellas destaca la manifestación conocida como efecto Compton, una forma de interacción entre los electrones y la radiación electromagnética.
En 1905 Einstein introdujo elconcepto de que la luz esta constituida de cuantos puntuales de energía, no abordo directamente la cantidad de movimiento que transporta la luz sino hasta 1906. Ese año, en un articulo que trataba sobre un gas molecular en equilibrio térmico con radiación electromagnética, Einstein concluyo que un cuanto de luz de energía E viaja en una sola dirección y transporta una cantidad de movimiento, dirigidaa lo largo de su línea de movimiento, de Ec o hfc. En sus propias palabras, “si un haz de radiación provoca que una molécula emita o absorba un paquete de energía hf, entonces se transfiere a la molécula un momentum igual hfc dirigido a lo largo de la línea de movimiento del haz, en la absorción y que se opone a la línea de movimiento del haz en la emisión”.
En 1895 fueron descubiertos losrayos X, por el físico alemán Wilhelm Roentgen, quien encontró que un haz de electrones a alta velocidad incidiendo en un metal producía un nuevo tipo de radiación extremadamente penetrante. Unos cuantos meses después del descubrimiento de Roentgen se tomaron las primeras fotografías médicas con rayos X, y algunos años después resulto evidente que se trataba de ondas electromagnéticas semejantes ala luz, pero con longitudes ondas extremadamente cortas y con un gran poder de penetración. Las primeras estimaciones obtenidas a partir de la difracción de rayos x a través de una estrecha ranura mostraron que las longitudes de onda de los rayos X median aproximadamente 10-10 m, lo cual es del mismo orden de magnitud que la separación atómica en los cristales.
En 1922 se da la confirmaciónexperimental realizada por Arthur Holly Compton de que los fotones de rayos X se comportan como partículas con cantidad de movimiento hfc .
Durante algún tiempo antes de 1922, Compton y sus colaboradores habían acumulado evidencia para mostrar que la teoría ondulatoria clásica no explicaba con éxito la dispersión de rayos X por electrones libres. En particular, la teoría clásica pronosticaba quecualquier radiación incidente de frecuencia f0 debía acelerar a un electrón en la dirección de propagación de dicha radiación, lo cual produciría oscilaciones forzadas de electrón y una nueva radiación con frecuencia f´ ,donde f´ ≤f0 también, según la teoría clásica, la frecuencia o la longitud de onda de la radiación dispersada debía depender del lapso en que el electrón permanece expuesto a laradiación incidente, así como de la intensidad de ésta.
Compton experimentalmente demostró lo contrario, Compton experimentalmente demostró que el desplazamiento de la longitud de onda de los rayos X dispersados a un ángulo dado es absolutamente independiente de la intensidad de la radiación y del tiempo de exposición, y que solo depende del ángulo de dispersión.
En la figura 1 se muestran los...