Эффект Комптона. 
Концепции современного естествознания

При высокой энергии квантов электромагнитного поля (фотонов) наблюдается квантовое рассеяние с изменением длины волны — эффект Комптона. Оно также сопровождается вылетом электрона из оболочки атомов или молекул. Схемы процессов приведены на рис. 61.

Рис. 61. Фотоэффект и эффект Комптона

Отметим различия. В результате фотоэлектрического эффекта квант полностью поглощается. Электрон связан с атомом или твердым телом, в состав которого он входит.

В результате эффекта Комптона квант только теряет часть своей энергии. После рассеяния длина волны возрастает, а частота уменьшается. Электрон считается свободным, т. к. величина энергии связи на много порядков меньше энергии кванта, ею можно пренебречь.

Самым удивительным с классической точки зрения было то, что в процессе рассеяния рентгеновское излучение «вело себя» как поток идеально упругих частиц. Взаимодействие их с электроном удавалось рассчитать по формулам удара упругих шаров!

Идея объяснения эффекта по Комптону состоит в том, чтобы рассматривать фотоны как частицы, имеющие динамическую массу, эквивалентную их энергии:

Зная величину эквивалентной массы и скорость фотонов (она равна скорости света), можно определить импульс фотонов: Р= hv /с.

После этого следует использовать фундаментальные законы сохранения импульса и энергии, чтобы рассчитать энергию и импульс вылетающего электрона или импульс и частоту рассеянного кванта.

За открытие и объяснение эффекта, столь наглядно демонстрирующего корпускулярные свойства динамических электромагнитных полей, Артуру Комптону в 1900 г. была присуждена Нобелевская премия по физике.

Несколько лет назад при исследовании релятивистских выбросов плазмы из области Черных дыр, был обнаружен обратный эффект Комптона. Он заключается в передаче энергии от высокоэнергетичного электрона плазмы кванту микроволнового электромагнитного излучения. В результате взаимодействия электрон теряет, а квант приобретает энергию. Нз области микроволнового диапазона такие кванты переходят в область рентгеновского и гамма-излучения.