Efecto Compton

EFECTO COMPTON

CONCEPTO
El efecto Compton es el cambio de longitud de onda de la radiación electromagnética de alta energía al ser difundida por los electrones
Consiste en el aumento de la longitud de onda de un fotón de rayos X cuando choca con un electrón libre y pierde parte de su energía. La frecuencia o la longitud de onda de la radiación dispersada dependen únicamente de la direcciónde dispersión. El desplazamiento de la longitud de onda de los fotones no depende por tanto de la naturaleza del medio en el que se produce la dispersión, sino únicamente de la masa de la partícula que reflecta el fotón (generalmente electrones) y de la dirección de deflexión.

Puede demostrarse a partir del principio de conservación del ímpetu o momento lineal y de la conservación de la energíatotal que el corrimiento de longitud de onda del fotón viene dado, en función del ángulo de dispersión del fotón respecto a la dirección incidente , supuesta colisión con un electrón:

Que corresponde a una pérdida energética del fotón dada por:

Frecuentemente se define la longitud de onda Compto como.

El Efecto Compton es un proceso inelástico, por el cual se modifica tanto la direccióncomo la energía del fotón, en oposición a la dispersión Raleigh en la que la energía del fotón permanece constante aunque cambia su dirección.
El Efecto Compton es predominante a energías del orden de 1 Me V, disminuyendo su sección eficaz con la inversa de la energía para valores altos de esta.
DESCUBRIMIENTO Y RELEVANCIA HISTÓRICA
El Efecto Compton fue estudiado por el físico ArthurCompton en 1923, quién pudo explicarlo utilizando la noción cuántica de la radiación electromagnética como cuantos de energía y la mecánica relativista de Einstein. Constituyó la demostración final de la naturaleza cuántica de la luz tras los estudios de Planck sobre el cuerpo negro y la explicación de Albert Einstein del efecto fotoeléctrico. Como consecuencia de estos estudios Compton ganó el PremioNobel de Física en1927.
Este efecto es de especial relevancia científica, ya que no puede ser explicado a través de la naturaleza ondulatoria de la luz. La luz debe comportarse como partícula para poder explicar estas observaciones, por lo que adquiere una dualidad onda corpúsculo característica de la mecánica cuántica.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Arthur H. Compton observó que cuando a través de unasustancia incide un haz de radiación electromagnética de alta frecuencia como los rayos X, la radiación se dispersa en todas las direcciones y además la radiación dispersada tiene una frecuencia menor que la incidente, cuyo valor es tanto menor, cuanto mayor es el ángulo Ɵ de dispersión.
Albert Einstein, en su teoría especial de la relatividad (1905), demostró que la energía y la materia sonequivalentes, pudiéndose considerar que la materia es una condensación de la energía. La ecuación que relaciona la masa y la energía es: E = mc2
Esta ecuación de Einstein, ha sido comprobada experimentalmente (explosiones nucleares) además se ha logrado condesar grandes cantidades de energía son equivalentes, podemos asignarle una masa m al fotón.
Luego:

Y la cantidad de movimiento P es: P = mc =hf/c. Conociendo estos conceptos de la teoría de la relatividad, Compton, dio la explicación precisa: el fotón de la radiación incidente tiene una energía hf y cuando choca con el electrón lo pone en movimiento. Podemos aplicar la conservación de la energía y la conservación de la cantidad de movimiento por ser un choque perfectamente elástico.
En el efecto fotoeléctrico solamente hemos consideradoque el fotón tiene una energía E=hf  Ahora bien, un fotón también tiene un momento lineal p=E/c.
Esta relación no es nueva, sino que surge al plantear las ecuaciones que describen las ondas electromagnéticas. La radiación electromagnética tiene momento y energía. Cuando analicemos cualquier proceso en el que la radiación electromagnética interactúa con las partículas cargadas debemos de aplicar...