康普顿散射

1927 年度诺贝尔物理学奖的得主康普顿，出生于 1892 年 9 月 10 日， 美国一个长老协会会长家里。他的突出贡献就是发现了以他名字命名的“康普顿效应”。

将钼（一种金属元素）在真空下加上高压，即发射 X 射线，让该 X 射线穿过狭缝，以很小的入射角（掠射）到一块晶体表面上，晶体可以作为X 射线的衍射光栅，X 射线经表面反射后发生衍射。通过探测器就可以探测到 X 射线的衍射图象。康普顿在不同角度探测衍射波时，发现衍射的 X 射线波长发生了变化，除存在一种与入射波长相同的 X 光外，还包含了一种随角度而变化的、波长变长了的 X 射线，它是怎样产生的呢？这就要借助于光量子观点了。

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按照爱因斯坦的理论，光既是电磁波，同时又具有粒子的特性。X 射线是一种波长较短（波长约为 1Å 量级，比可见光小 1000 倍）的电磁波， 同样具有粒子的特点”这样，当 X 射线遇到晶体中的电子时，就会与电子发生碰撞，就好似两个小球的碰撞一样，如上图示，根据动量及能量守恒， 它们得到下列两个方程式：

动量守恒：(mυ) ² = ( hν)² + ( hν′ )² − 2( hv)·( hv′) cosϕ

c c c c

能量守恒：hv＝hv′＋ 1 mυ² ，

2

由此可解出，

c c h

γ ′ － γ ＝ m c

（1—cosϕ），

h

或者λ − λ ′’＝△λ＝ m c （1 - cosϕ） = 0.024（1—cosϕ）。

上述公式中，h? ，h? ’分别是碰撞前后 X 射线的能量，λ为波长，在与入射方向成 90°的方向上，波长变化最大，其大小为

△λ＝0.024Å

通过这个实验更进一步证明电磁波具有量子性。