이 단락의 콤프 턴 효과 콤프 턴 효과 소개 편집
콤프 턴 산란 현상에 대한 연구는 20 ~ 20 년이 지나서야 정확한 결과를 얻었다. 콤프 턴 효과는 아인슈타인 광자가 운동량 가설을 가지고 있다는 첫 번째 실험 증명이다. 이것은 물리학 발전사에서 중요한 위치를 차지한다. 광자가 매체의 물질 입자와 상호 작용할 때 모든 방향으로 빛을 전파할 수 있습니다. 이 현상을 광산란 및 콤프 턴 효과라고합니다.
1922 년, 미국 물리학자 콤튼은 흑연에서 전자에 의한 X 선의 산란을 연구하다가 일부 산란파의 파장이 입사파의 파장보다 약간 더 크다는 것을 발견했다. 그는 광자가 전자와 충돌할 때 광자의 일부 에너지가 전자로 전달되기 때문이라고 생각한다. 콤턴은 광자가 전자나 양성자와 같은 실제 입자처럼 에너지뿐만 아니라 운동량도 있다고 가정합니다. 충돌 과정에서 에너지와 운동량은 보존된다. 단파 전자기 복사가 물질에 들어간 후 산란된다. 산란파에는 원시 파동 외에 파장이 증가하는 파동이 있다. 산란체의 원자 서수가 클수록 증가된 파장의 강도가 원래 파장의 강도에 비해 작아진다. 이 사상에 따르면 방정식을 나열하여 산란 전후의 파장 차이를 얻는다. 결과는 실험 데이터와 완전히 일치하여 그의 가설을 증명했다. 이 현상을 콤프 턴 효과라고합니다.
이 단락을 편집하여 답을 찾다
콤턴은 엑스레이가 비교적 가벼운 물질 (흑연, 파라핀 등) 에 의해 산란된 빛의 성분을 연구했다. ) 1922 ~ 1923 에서 산란선 중 파장이 같고 파장이 긴 성분이 발견됐다. 이 산란 현상을 콤프 턴 산란 또는 콤프 턴 효과라고합니다. 콤튼은 0.7 1 에의 X 선을 흑연에 투사한 다음 흑연 분자가 서로 다른 각도에서 산란하는 X 선 강도를 측정합니다. θ = 0 일 때 입사 주파수와 같은 단일 주파수 라이트만 있습니다. θ ≠ 0 일 때 (예: 45, 90,135) 산란광에는 두 가지 주파수가 있습니다. 하나는 입사광과 같은 주파수를 가지고 있고 다른 하나는 입사광보다 낮은 주파수를 가지고 있다. 후자의 편차는 각도가 커질수록 커진다. 콤프 턴 효과의 발견 과정은' 물리평론' 5 월, 1923 이었다. A.H. 콤턴은 가벼운 원소 X 선 산란의 양자 이론을 주제로 그가 발견한 효과를 발표하고 광양자 가설로 설명했다. 그는 (a.h. 콤튼, Phys.Rev, 21(1923) p.) "양자론의 관점에서 보면 어떤 특별한 것도 가정할 수 있다 방사선 양자 경로의 굽힘은 운동량 변화를 일으킨다. 그 결과 산란된 전자 반동, 운동량은 X 선 운동량의 변화와 같다. 산란광선의 에너지는 입사광선의 에너지에서 산란전자 반동의 운동 에너지를 뺀 것과 같다. 산란된 빛은 완전한 양자여야 하기 때문에 그 주파수도 에너지에 비례하여 낮아진다. 따라서 양자 이론에 따르면, 우리는 산란 방사선의 파장이 입사 방사선의 파장보다 클 것으로 예상할 수 있으며, "산란 방사선의 강도는 원래의 X-레이의 정방향에서 반전보다 클 것으로 예상한다. 이는 실험을 통해 측정한 것이다. 콤튼은 방사선의 방향과 강도의 분포를 도표로 설명했다 (오른쪽 그림 참조). 에너지와 운동량 보존에 따라 상대성론 효과를 고려한다. 산란파장은 다음과 같다. λ = λ-λ0 = (2H/MC) SIN2 (θ/2) ▷ 입사파장 λ 0 과 산란파장 λ의 차이, H 는 플랑크 상수, C 는 광속이다. 이 간단한 추리는 현대 물리학자들에게는 이미 상식이지만 콤튼은 하기 어렵다. 이 현상을 연구하는 데 십여 년이 걸렸고, 콤튼은 1923 에서 정확한 결과를 얻었고, 콤튼은 스스로 5 년 동안 굽은 길을 걸었다. 이 역사는 한 측면에서 근대 물리학의 탄생과 발전의 평탄하지 않은 여정을 보여준다. 상식에서 볼 수 있듯이 파장의 변화는 0 과는 무관하며, 즉 특정 각도에 대해 파장 변화의 절대값이 일정하다는 것을 알 수 있다. 입사광의 파장이 작을수록 파장 변화의 상대값이 커진다. 따라서 콤프 턴 효과는 엑스레이보다 감마선에 더 두드러진다. 역사적으로 이렇다. 일찍이 1904 년 영국 물리학자 A.S.Eve 는 감마선의 흡수 및 산란 특성을 연구할 때 콤프 턴 효과의 징후를 먼저 발견했다. 라듐관은 감마선을 발사하는데, 이 광선들은 산란체에 의해 산란되어 정전기에 던져진다. 입사 광선 또는 산란광의 경로에 흡수기를 삽입하여 관통력을 테스트합니다. 이브는 산란광이 보통 입사광보다 "더 부드럽다" 는 것을 발견했다. (a.s. 이브, 필. Mag.8 (1904) P.669.) 이후 감마선의 산란은 영국의 D.C.H.Florance 가19/에 있는 많은 사람들이 연구했다.
산란 후의 2 차 광선은 산란각에 따라 다르며 산란체의 재료와 무관하며 산란각이 클수록 흡수 계수가 커진다는 것을 증명했다. 이른바 빛의 연화란 사실 빛의 파장이 길어지는 것이다. 당시 감마선의 본질은 아직 확정되지 않아 실험 현상에 따라서만 표현할 수 있었다. 19 13 년, 맥길 대학의 J.A.Gray 는 감마선 실험을 재개하여 로렌즈의 결론을 증명하고 방사선 강도를 더욱 정확하게 측정했다. 그는 "단색 감마선이 산란되면 성질이 변한다" 는 것을 발견했다. 산란 각도가 클수록 산란된 빛이 부드러워집니다. 클릭합니다 (j.a. 그레이, Phil.Mag, 26 (1913) p.61/kloc ) 실험 사실은 분명히 물리학자 앞에 놓여 있지만 정확한 설명을 찾을 수 없다. 콤튼은 19 19 에서도 감마산되었다. 그는 정확한 방법으로 감마선의 파장을 측정하고 산란 후 파장이 길어진다는 사실을 확인했다. 나중에 그는 감마선 산란에서 엑스레이 산란으로 방향을 바꾸었다. 플루토늄의 K 선은 흑연 결정체에 의해 산란된 후 자유실에서 다른 방향의 산란 강도를 측정했다. 콤프턴이 발표한 일부 곡선에서 알 수 있듯이, X-레이 산란 곡선에는 두 개의 최고점이 있는데, 하나는 원선 파장 (변하지 않는 선) 과 다른 하나는 더 길다 (변선). 가변 선과 불변선의 편차는 산란각의 변화에 따라 변하며 산란각이 클수록 편차가 커집니다. 콤프 턴 (Compton) 의 학생 우 (Wu) 는 중국에서 미국으로 유학하여 콤프 턴 효과의 추가 연구 및 검증에 큰 공헌을했습니다. 듀안의 부인에 대한 설득력 있는 실험을 많이 했을 뿐만 아니라 콤프 턴 효과의 보편성을 확인했다. 그는 다양한 원소의 X 선 산란 곡선을 테스트한 결과 콤튼의 양자 산란 공식에 부합했다. 콤튼과 오재는 1924 에서' 경원소 산란 K 선의 파장' 이라는 제목의 논문을 발표했다. (a.h. 콤튼과 y.h.wu, Proc .Nat.Acad.Sei,10 (1924) p.24 각 경우, 변하지 않는 선 P 는 형광 MoKa 선 (몰리브덴의 K-알파 스펙트럼 선) 과 같은 곳에 나타나고, 변화선의 최고점은 위에서 언급한 파장 변화 양자 공식 예측의 위치 M, 허용되는 실험 오차 범위 내에 나타납니다. " 오가 콤프 턴 효과에 가장 두드러진 공헌은 X-레이 산란에서 변선과 상수선의 강도가 R 이 산란체 원자 서수에 따라 변하는 곡선을 측정하여 콤튼의 양자 산란 이론을 증명하고 발전시켰다는 점이다. 아인슈타인은 콤프 턴 효과를 긍정하는 데 특히 중요한 역할을 했다. 앞서 언급했듯이 아인슈타인은 19 16 에서 광양자 이론을 더욱 발전시켰다. 그의 건의에 따르면 버트와 가이거도 실험을 통해 고전 이론과 광양자 이론을 누가 옳고 그른지 시험해 보았지만 모두 실패했다. 아인슈타인은 1923 년 콤프 턴 실험 결과를 알게 되었을 때 회의와 신문에서 콤프 턴 실험을 열정적으로 홍보하고 칭찬하며 그 의미를 이야기했다. 아인슈타인은 또한 물리학자들에게 빛의 입자성만 보지 말라고 경고했다. 콤튼은 실험에서 엑스레이의 파동에 의지하여 파장을 측정했다. 그는' 베를린일보' 4 월 20 일 부간 1924 에' 콤프 턴 실험' 이라는 짧은 글을 게재했다 (r.s. 샹클랜드 (편집자). ), A.H. 콤프 턴 과학 논문, 시카고 대학 출판사, (1973)) 아인슈타인 등의 노력으로 빛의 파동성이 널리 인식되고 있다. 실험 결과, (1) 산란광에는 원래 파장 λ0 과 동일한 스펙트럼이 포함되어 있을 뿐만 아니라 λ > 도 포함되어 있는 것으로 나타났다. λ0 의 스펙트럼 선. (2) 파장의 변화δ = λ-λ 0 은 산란 각도 φ (산란 방향과 입사 방향의 각도) 이 증가함에 따라 증가합니다. (3) 서로 다른 원소의 산란재료에 대해 같은 산란각에서 파장의 변화도 같다. 파장이 λ인 산란광의 강도는 산란체 원자 서수의 증가에 따라 감소한다. 콤튼은 광자 이론으로 이러한 실험 결과를 성공적으로 설명했다. X-레이 산란은 단일 전자와 단일 광자 탄성 충돌의 결과입니다. 충돌 전후의 운동량과 에너지 보존. 단순화된 δ λ = λ-λ 0 = (2h/m0C) sin 2 (/θ 2) 를 콤프 턴 산란 공식이라고 합니다. λ=h/(m0c) 는 전자의 콤프 턴 파장이라고 합니다. 산란광에 입사광파장과 같은 스펙트럼이 나타나는 이유는 무엇입니까? 내부 전자는 자유전자로 간주해서는 안 된다. 광자가 이런 전자와 충돌하면 콤프 턴 효과가
전체 원자와 충돌하는 것과 같습니다. 충돌에서 광자가 원자에 전달하는 에너지는 매우 작아서 자신의 에너지를 거의 그대로 유지합니다. 이런 식으로 원래의 파장은 산란광에 남아 있다. 내층의 전자수는 산란체 원자 서수가 증가함에 따라 증가하기 때문에 파장이 0 인 강도가 증가하고 파장이 λ인 강도가 감소합니다. 콤프 턴 산란은 입사광의 파장이 전자의 파장과 비슷할 때만 의미가 있다. 그래서 X-레이를 선택하여 콤프 턴 효과를 관찰하는 이유다. 광전 효과에서 입사광은 가시광선 또는 자외선이므로 콤프 턴 효과는 분명하지 않습니다.
이 단락의 설명을 편집하다
(1) 클래식 해석 (전자파의 해석) 단색 전자파가 파장보다 작은 전기 입자에 작용하면 강제 진동을 일으켜 같은 주파수의 전자파를 모든 방향으로 방사합니다. 고전 이론은 일반적인 주파수가 변하지 않는 산란을 설명할 수 있지만 콤프 턴 효과를 합리적으로 설명할 수는 없다! (2) 광자 이론은 X-레이가 일부 e=hν 광자로 자유 전자와 완전히 탄력적으로 충돌하여 전자가 약간의 에너지를 얻기 때문에 산란광자 에너지가 감소하고 주파수가 낮아지고 파장이 길어진다고 설명한다. 이 절차에서는 운동량과 에너지 보존이 여전히 성립된다고 가정하고, 전자: p = m0vE=m0V2/2 (전자가 정지하기 시작하고 에너지가 무시된다고 가정) 광자: P=h/λ 중 (H/M0C) = 2.34×/KLOC
이 섹션을 편집합니다.
1. 산란 파장 변화 lD 의 스케일은 10- 12m 입니다. 가시광선 파장 l~ 10-7m, LD
변하지 않고 산란광의 빈도는 변하지 않는다. 콤프 턴 효과의 발견과 이론 분석과 실험 결과의 일관성은 광자 가설의 정확성을 강력하게 증명할 뿐만 아니라 미시입자의 상호 작용 과정이 에너지와 운동량 보존 법칙을 엄격히 준수한다는 것을 증명한다.
본 단락의 발견자를 편집하다
아서 홀리 콤튼 교수는 미국의 유명한 물리학자이자 콤튼 효과의 발견자이다. 콤턴은 1892 년 9 월 오하이오주 우스터에서 태어나 1962 년 3 월 캘리포니아 버클리에서 70 세를 일기로 사망했다. 콤튼은 우스터 대학의 철학 교수이자 원장인 고급 지식인 가정에서 태어났다. 콤튼의 큰형인 칼은 프린스턴 대학교 물리학과의 학과장이었고, 나중에는 MIT 의 원장이 되었다. 그는 콤프 턴 (Compton) 의 가장 친밀하고 최고의 과학 지도자이다.
콤튼 중학교를 졸업한 후 그는 우스터 대학으로 승진했다. 병원은 오랜 역사적 전통을 가지고 있어 콤튼의 인생 사업에 결정적인 영향을 미친다. 여기서 그의 기초교육은 그의 일생의 생활과 과학에 대한 태도를 거의 완전히 결정지었다. 대학 밖에서는 콤턴이 미시간의 여름 캠프, 칼의 초기 과학 실험 등 흥미로운 것들에 대해 잘 알고 있었습니다. 이것들은 콤튼의 미래 과학 경력에도 중요하다. 19 13 년 우스터 대학을 졸업한 후 콤튼은 프린스턴 대학에 진학했다. 19 14 석사 학위, 19 16 박사 학위를 받았습니다. 그의 박사 논문은 먼저 O W. 리처슨이 지도하고, 나중에는 H L. 쿡이 지도한다. 박사 학위를 받은 후 콤턴은 미네소타 대학 (1916-1917 이 기간 동안 콤턴은 육군 통신병을 위해 항공 기구를 개발하기 위해 대량의 오리지널 작업을 했다. 나트륨 증기등 설계 특허도 받았습니다. 후자의 일은 나중에 미국 오하이오 주 클리블랜드 시 네라파크에 형광등 공업을 설립하는 것과 밀접한 관련이 있다. 나이라파크 기간 동안 그는 미국 제너럴 일렉트릭 기술 이사인 자이 제프리스 (Zay Jeffries) 와 긴밀하게 협력하여 형광등 업계의 발전을 촉진하여 형광등의 발전을 가장 활발한 시대로 이끌었다. 콤튼의 과학자 생애는 엑스레이에 대한 연구에서 시작되었다. 그가 대학에서 공부했을 때, 그는 졸업 논문에서 결정체의 X 선 회절의 강도가 결정체에 포함된 원자의 전자 분포와 관련이 있다는 새로운 이론적 관점을 제시했다. 서옥회사에서 근무하는 기간 (1917-1919); 콤튼은 엑스레이에 대한 그의 연구를 계속했다. 19 18 부터 그는 X 선 산란에 대한 이론과 실험 연구를 진행했다. 콤턴은 J·J· 톰슨의 고전 이론에 근거하여 전자유한선형 (반지름1.85 ×10-10 "CM) 가설을 제시했다. 이것은 간단한 시작이지만 전자 및 기타 기본 입자의 "콤프 턴 파장" 개념을 이끌어 냈습니다. 이 개념은 나중에 자신의 X 선 산란과 양자 전기 콤튼의 양자 이론에서 발전했다.
역학은 이미 충분히 발전하였다. 이 기간 동안 그의 두 번째 연구는 미네소타 대학의 Oswrald Rognley 와 함께 19 17 에서 시작되어 자화 효과를 이용하여 자성 결정체의 X 선 반사 밀도를 결정하는 것이다. 이 연구에 따르면 전자 궤도 운동은 자화 효과에 영향을 미치지 않는다. 그는 강자성이 전자의 고유 특성으로 인한 것이고 전자는 기본적인 자기전하라고 생각한다. 이 관점의 정확성은 나중에 시카고 대학에서 지도하는 학생인 J C Stearns 의 실험 결과에 의해 더욱 강력하게 증명되었다. 제 1 차 세계대전이 끝난 후 콤턴은 19 19 년부터 1920 년까지 영국에 가서 깊이 연구하고 캐임브리지 카반디쉬 연구소에서 연구를 했다. 당시 카번디쉬 실험실은 가장 번영한 시대에 있었고, 유망한 젊은 영국 과학자들이 전쟁터에서 이곳으로 이주하여 루더퍼드와 J J 톰슨 (J.J. 톰슨) 을 따라갔습니다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 성공명언) 콤턴은 이것이 가장 고무적인 시기 중 하나라고 생각했고, 이 기간 동안 그는 루더퍼드와 관계를 맺었을 뿐만 아니라 나는 톰슨을 만났다. 당시 톰슨은 그의 연구 능력을 높이 평가했고, 이것은 콤튼을 크게 고무시켜 자신의 관점에 대해 더욱 자신감을 갖게 했다. 콤튼과 톰슨의 우호적인 관계는 그의 삶의 마지막 순간까지 계속되었다. 캠브리지 기간 동안 고압 X-레이 장치가 부적절하기 때문에 콤턴은 감마선으로 산란 실험을 했다. 이 실험은 T A Gray 의 다른 과학자들의 초기 연구 성과뿐만 아니라 콤프턴이 X 선 산란 실험을 더 연구할 수 있는 토대를 마련했다. 이후 콤턴은 1920 년 미국으로 돌아와 세인트루이스 워싱턴 대학 Wayman Crow 강의 교수 겸 물리학과 학과장을 역임했다. 여기서 그는 그에게 가장 위대한 발견을 했다. 당시 콤턴은 흑연에 타깃의 X 선을 투사하여 산란된 X 선을 관찰했다. 그는 그것이 두 가지 다른 주파수의 성분을 포함하고 있다는 것을 발견했다. 하나는 원래 X-레이의 주파수 (또는 파장) 와 같고, 다른 하나는 원래 모선 X-레이보다 작다. 이 주파수의 변화는 산란각과 일정한 관계가 있다. 주파수를 변경하지 않는 첫 번째 구성요소는 일반적인 파동 이론으로 설명할 수 있습니다. 빛의 파동 이론에 따라 산란은 입사광의 주파수를 변경하지 않기 때문입니다. 그러나 실험에서 나타나는 주파수가 더 작은 두 번째 성분은 난해하여 고전적인 개념으로 해석할 수 없다. 콤턴은 이번 실험에서 관찰한 사실에 대해 1923 에서 자신의 설명을 했다. 그는 이 현상이 광양자와 전자의 충돌로 인한 것이라고 생각한다. 빛의 양자는 에너지뿐만 아니라 역학적 의미와 비슷한 운동량도 가지고 있다. 충돌 중에 광자는 에너지의 일부를 전자로 전송하여 에너지를 줄여 주파수를 낮춥니다. 또한 충돌 입자의 에너지와 운동량 보존에 따라 주파수 변화와 산란각의 의존성을 내보낼 수 있어 콤튼이 관찰한 사실을 잘 설명할 수 있다. 이런 식으로 사람들은 빛이 잘 알려진 요동 외에 입자의 성질이 있다는 것을 인정해야 한다. 이것은 빛의 광선이 여러면에서 콤프 턴 효과가있는 여러 개의 분리 된 입자로 구성되어 있음을 보여줍니다.
면은 일반 물질 입자와 같은 성질을 나타낸다. 콤튼의 과학 연구 성과는 많은 정기 간행물에 발표되었다. 1926 년, 그는 자신이 발표한 논문을 종합하여' X 선과 전자' 책 한 권을 썼다. 1923 년 콤턴은 시카고대 물리학 교수직을 받아 마이클슨과 함께 일했다. 여기서 그는 자신의 첫 번째 연구를' 콤프 턴 효과' 라고 명명했다. 콤프 턴 효과의 일련의 실험과 이론적 해석으로 그는 영국의 A T R 윌슨과 1927 노벨 물리학상을 공유했다. 이때 그는 겨우 35 세였다. 같은 해 미국 국립과학원원사에 당선되어 1929 가 C H Swift 교수가 되었다. 65438 년부터 0930 년까지 콤턴은 주요 흥미를 엑스레이 연구에서 우주 광선 연구로 바꾸었다. 우주광선에서 고에너지 감마선과 전자의 상호 작용이 콤프 턴 효과의 중요한 측면이기 때문이다. (오늘날 고에너지 전자와 저에너지 광자 상호 작용의 반콤프 턴 효과는 천체물리학의 중요한 연구 과제다.) 제 2 차 세계 대전 중 많은 물리학자들이' 우라늄 문제' 를 주시하고 있었고, 콤프턴도 마찬가지였다. 1941L65438+10 월 6 일, 콤튼은 미국 국립과학원 우라늄위원회 의장으로서 원자로와 원자폭탄의 발전을 촉진하는 원자력 군사적 잠재력에 대한 보고서를 발표했다. 로렌스는 캘리포니아 대학에서 플루토늄을 발견했고, 곧 맨해튼의 야금 실험실은 주로 콤튼과 로렌스가 이끄는 플루토늄 생산을 담당했다. 페르미의 첫 번째 핵 체인형 원자로도 콤튼의 지지와 격려를 받았다. 전쟁이 끝나자 콤턴은 세인트루이스 워싱턴 대학 총장의 직위를 받아들였다. 바로 이 학교에서 그는 25 년 전 가장 큰 물리적 발견인' 콤프 턴 효과' 를 만들었다. 1954 년 콤튼은 대학 행정지도직에서 은퇴할 나이가 되었다. 은퇴 후, 그는 강의, 교육 및 책 쓰기를 계속했습니다. 이 기간 동안 그는' 원자 탐구' 라는 책을 출판했다. 이것은 전쟁 중 맨해튼 계획의 모든 동료들의 연구 성과를 체계적으로 모은 걸작이다. 콤튼은 세계에서 가장 위대한 과학자 중 한 명이다. 그가 발견한 콤프 턴 효과는 양자물리학 발전의 핵심이다. 이 발견은 그가 위대한 과학자 중에서 논란의 여지가 없는 지위를 얻었다.