АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ Взаимодействие 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 ФЕЙНМАНА Фотон 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 – эффект если энергия электрона до рассеяния много меньше энергии рентгеновского фотона, фотон передает часть своей энергии электрону • Обратный Комптон-эффект если 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 гаммаспектрометров. • 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.