| English | 意味 |
|---|---|
| Compton scattering/ˈkɒmptn ˈskætərɪŋ/ | コンプトン散乱 |
光子が電子と衝突する——ビリヤードボールのように
- 高エネルギーの光子を電子に当てると、2つのボールが衝突するように跳ね返ります。
- 光子はより少ないエネルギーを持って飛び去り、電子は反動してその差分を受け取ります。
- これがコンプトン散乱であり、光が運動量を持つことの決定的な証拠となりました。
- ボールのように衝突できる光子は、あらゆる意味で粒子でなければなりません。
光子は運動量を持つ
- 光子はエネルギーだけでなく運動量も持っています：$p = \dfrac{h}{\lambda}$。
- 衝突では、通常の衝突と同じようにエネルギーと運動量の両方が保存されます。
- 光子はその一部を電子に伝達し、電子は反動して遠ざかります。
- 光子を運動量を持つ粒子として扱うことで、結果は完全に予測できます。
光子の運動量は次で与えられる：
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光子は運動量 $p = h/\lambda$ を持つ。
コンプトン散乱において、どの物理量が保存されるか？
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本物の衝突であるため、エネルギーと運動量の両方が保存される。
散乱された光子は赤味を帯びる
- 光子が電子にエネルギーを与えるため、散乱された光子はより少ないエネルギーを持ちます。
- エネルギーが少ないということは、周波数が低いことと波長が長いことを意味し、赤方へシフトします。
- 散乱角が大きいほど、伝えられるエネルギーは多くなります。
- この波長シフトを測定することで、光子の運動量が確認されました。
電子との散乱後、光子の波長は：
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光子は電子へエネルギーを失うため、波長は長くなる。
散乱角が大きいほど、光子は電子により多くのエネルギーを渡す。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
角度が大きいほど、電子へ渡されるエネルギー（および運動量）も多くなる。
なぜ重要だったか
- 光電効果は光子がエネルギーを持つことを示し、コンプトン効果は運動量を持つことを示しました。
- これら together で、光の粒子性は疑いの余地没有了； (Note: This sentence in source seems to have a typo or mixed language at end, but context implies 'undeniable'. Translating meaningfully). これ together で、光の粒子性は疑いの余地がなくなりました。
- エネルギーと運動量の保存という、きれいなビリヤードボールの数学は、光子が実在する粒子である場合にのみ成立します。
- コンプトン散乱は現在、ガンマ線天文学や医療画像診断に利用されています。
コンプトン散乱
X線光子が電子と衝突する。各結果を分類せよ。
コンプトン散乱は、光子がエネルギーだけでなく ____ も持つことを示している。
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光子が運動量を持っていなければ、この衝突は説明できない。
コンプトン散乱に関する 正しい 記述をすべて選択せよ。
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光子はエネルギーを失い（波長が長くなり）、衝突によってエネルギーと運動量は保存される。エネルギーを得ることはない。
コンプトン散乱において、光子は電子にエネルギーを失うため、散乱された光は短波長ではなく長い波長（赤味）を持ちます。これは本物の衝突であり、ビリヤードボールの衝突と同じようにエネルギーと運動量の両方が保存されます。
静止している電子に対して光子が散乱する場合、光子の波長はどう変化するか？
- 光子は電子にエネルギーを与えるため、より少ないエネルギーを持って離れます。
- エネルギーが少ないということは、波長が長いことを意味し、散乱された光子は赤方へシフトします。
コンプトン散乱とは、ビリヤードボールのように光子が電子と衝突し、エネルギーと運動量を保存することです。光子は運動量 $p = h/\lambda$ を持ち、衝突後はより少ないエネルギーと長い波長を持ち、電子は反動します。これは光が運動量を持つことを证明し、光子の粒子性を裏付けました。