Актуальные проблемы современной физики

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИВзаимодействие электронов и фотонов.Киртока Елена

РАССЕИВАНИЕ ФОТОНОВ НА ЭЛЕКТРОНАХ

• Как меняется энергия рассеянного фотона в зависимости от энергии электрона, на котором он рассеивается?

• Где используется этот метод?

ДИАГРАММЫ ФЕЙНМАНАФотон сначала поглощается электроном в момент времени 1, а затем испускается в момент времени 2.

В момент времени 1 электрон испускает фотон, с которым в дальнейшем ничего не происходит. Первичный электрон в момент времени 2 поглощается электроном и исчезает.

ИССЛЕДОВАНИЯ• Комптон – эффектесли энергия электрона до рассеяния много

меньше энергии рентгеновского фотона, фотон передает часть своей энергии электрону

• Обратный Комптон-эффектесли энергия электронов больше энергии

фотонов, электрон отдает часть своей энергии фотону

АРТУР ХОЛЛИ КОМПТОН(10 .09. 1892 -15 .03.1962 )американский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1927 г.

Родился в городе Вустер, штат Огайо, США.

C1918 г. занимался изучением рентгеновского излучения.

В 1921 г. предположил, что электрон может вращаться вокруг своей оси (имеет спин) и, по сути, представляет собой электромагнит.

В 1922 г. обнаружил и дал теоретическое обоснование эффекту изменения длины волны рентгеновского излучения вследствие рассеяния его электронами вещества, чем доказал существование фотона. За это открытие Комптон был награждён Нобелевской премией.

В 1941—1942 г. работал над созданием американской атомной бомбы.

ЭФФЕКТ КОМПТОНА•  (Комптон-эффект) — явление

изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие рассеивания его электронами.

Δλ= λ' — λ= λо (1—cos ϑ) –связь длин волн до и после рассеивания фотона на покоящемся электроне.

λ0 = h/mc = 2,426∙10-12м - комптоновская длина волны электрона.

Эффект Комптона является прямым доказательством квантования электромагнитной волны, другими словами подтверждает существование фотонов. Эффект Комптона является доказательством справедливости корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц. 

СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА КОМПТОНА

СПЕКТРЫ РАССЕЯННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

ОБРАТНЫЙ ЭФФЕКТ КОМПТОНА• Эффектом, обратным эффекту Комптона,

является увеличение частоты света, претерпевающего рассеяние на релятивистских электронах, имеющих энергию выше, чем энергия фотонов. То есть в процессе такого взаимодействия происходит передача энергии от электрона фотону.

• ε=4/3*εₒ*k/(mₑc²) - Энергия рассеянных фотонов, где

 ε и ε0 — энергия рассеянного и падающего фотонов соответственно,  k- кинетическая энергия электрона.

Обратный эффект Комптона часто привлекают для объяснения механизма излучения космических рентгеновских источников, образования рентгеновской компоненты фонового галактического излучения, трансформации плазменных волн в электромагнитные волны высокой частоты.

РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ космическое электромагнитное излучение,

приходящее на Землю со всех сторон неба примерно с одинаковой интенсивностью и имеющее спектр, характерный для излучения абсолютно черного тела при температуре около 3 К (3 градуса по абсолютной шкале Кельвина, что соответствует –270° С). При такой температуре основная доля излучения приходится на радиоволны сантиметрового и миллиметрового диапазонов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ• Комптоновское рассеяние широко используется в

исследованиях γ-излучения ядер, а также лежит в основе принципа действия некоторых гамма- спектрометров.

•  Эффект Комптона возможен не только на электронах, но и на других заряженных частицах, например на протонах, но из-за большой массы протона отдача его заметна лишь при рассеянии фотонов очень высокой энергии.

•  Двойной эффект Комптона — образование двух рассеянных фотонов вместо одного первичного при его рассеянии на свободном электроне. Существование такого процесса следует из квантовой электродинамики; впервые он наблюдался в 1952. Его вероятность примерно в 100 раз меньше вероятности обычного эффекта Комптона .

ПОГЛОЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОНАМИ ФОТОНОВ

• Фотоэффект – это испускание электронов вещества под действием света

• Законы фотоэффекта:1. количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла

за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.

2.  максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3.  для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света ν0 (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если  ν < ν0, то фотоэффект уже не происходит.

АЛЬБЕРТ ЭЙНШТЕЙН(14.03.1879-18.04.1955)Физик-теоретик, один из основателей современной теоретической физики, лауреат Нобелевской премии по физике 1921 года, общественный деятель-гуманист.

В 1905 году Эйнштейн дал объяснение законам фотоэффекта. Согласно ему, электромагнитное излучение представляет собой поток отдельных квантов (фотонов) с энергией hν каждый, где h — постоянная Планка.

При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода, покидает металл:  hν = Aout + We,

где We — максимальная кинетическая энергия, которую может иметь электрон при вылете из металла.