การกระเจิงของคอมปตัน

โฟตอนกระเด็นจากอิเล็กตรอน — เหมือนลูกบิลเลียด

• ยิงโฟตอนที่มีพลังงานสูงเข้าหาอิเล็กตรอน มันจะ กระเด็นออก พอดีเหมือนสองลูกบอลชนกัน
• โฟตอนจะออกไปด้วยพลังงาน น้อยลง; อิเล็กตรอนจะถอยหลังรับส่วนต่างนั้นไป
• นี่คือ การกระเจิงของคอมปตัน และยืนยันว่าแสงมี โมเมนตัม
• ถ้าโฟตอนสามารถชนกันเหมือนลูกบอล มันต้องมีลักษณะเป็นอนุภาคในทุกมิติ

โฟตอนมีโมเมนตัม

• โฟตอนพกพาไม่ใช่แค่พลังงาน แต่ยังรวมถึง โมเมนตัม: $p = \dfrac{h}{\lambda}$
• ในการชนกัน ทั้ง พลังงาน และ โมเมนตัม ถูกอนุรักษ์ — เหมือนการชนปกติ
• โฟตอนถ่ายโอนทั้งสองอย่างบางส่วนให้กับอิเล็กตรอน ซึ่งถอยหลังออกไป
• การพิจารณาโฟตอนเป็นอนุภาคที่มีโมเมนตัม ทำนายผลลัพธ์ได้อย่างแม่นยำ

การกระเจิงของคอมปตัน: โฟตอนที่ถูกกระเจิงมีความยาวคลื่นยาวขึ้น (พลังงานน้อยลง); อิเล็กตรอนถอยหลัง โดยอนุรักษ์โมเมนตัม.

โฟตอนที่ถูกกระเจิงมีสีแดงมากขึ้น

• เนื่องจากโฟตอน ให้ พลังงานแก่อิเล็กตรอน โฟตอนที่ถูกกระเจิงจะมีพลังงาน น้อยลง
• พลังงานน้อยลงหมายถึง ความถี่ต่ำลง และ ความยาวคลื่นยาวขึ้น — เลื่อนไปทางสีแดง
• มุมการกระเจิงยิ่งมาก พลังงานที่ถ่ายโอนยิ่งเยอะ
• การวัดการเลื่อนของความยาวคลื่นนี้ยืนยันโมเมนตัมของโฟตอน

เหตุผลที่สำคัญ

• ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริคแสดงว่าโฟตอนมี พลังงาน; คอมปตันแสดงว่ามี โมเมนตัม
• รวมกันแล้วทำให้ธรรมชาติแบบอนุภาคของแสงเป็นสิ่งที่ปฏิเสธไม่ได้
• คณิตศาสตร์ลูกบิลเลียดที่ชัดเจน (การอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัม) ทำงานได้ก็ต่อเมื่อโฟตอนเป็นอนุภาคจริง
• การกระเจิงของคอมปตันถูกใช้ในปัจจุบันในดาราศาสตร์รังสีแกมมาและการถ่ายภาพทางการแพทย์