Tán xạ Compton: photon có động lượng

Năm 1923, Compton chiếu tia X vào than chì và thấy tia tán xạ có thêm một bước sóng dài hơn. Ông giải thích bằng cách coi tia X là các photon có năng lượng ε = hc/λ và động lượng p = h/λ, va chạm với electron tự do như hai quả bi-a. Bảo toàn năng lượng và động lượng cho λ′ − λ = (h/mₑc)(1 − cos θ), với h/mₑc = 2,426 pm là bước sóng Compton; độ dịch chỉ phụ thuộc góc tán xạ, không phụ thuộc bước sóng tới hay chất làm khối tán xạ. Ở màn Va chạm photon – electron, học sinh chọn bước sóng tia X tới, kéo trên hình để đổi góc tán xạ θ, bấm Bắn photon để xem va chạm và đọc λ′, Δλ, năng lượng photon trước và sau, động năng, hướng bay của electron bật ra; giản đồ véctơ cho thấy p = p′ + pₑ. Màn Thí nghiệm Compton mô phỏng phổ kế tinh thể: phổ tia X tán xạ có đỉnh không dịch và đỉnh dịch; học sinh kéo vạch đọc tới đỉnh dịch, ghi số đọc ở nhiều góc, vẽ Δλ theo (1 − cos θ) để tìm bước sóng Compton và hằng số Planck. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao độ dịch bước sóng ở góc 90° như nhau với mọi bước sóng tới? – Ở góc tán xạ nào electron nhận động năng lớn nhất, vì sao? – Vì sao hiệu ứng Compton dễ quan sát với tia X nhưng không quan sát được với ánh sáng nhìn thấy?