Efecte Compton

En mecànica quàntica, l'efecte Compton és l'augment de la longitud d'ona, que comporta una disminució de la serva energia, d'un fotó en col·lidir amb un electró. És a dir, l'augment de la longitud d'ona de la radiació electromagnètica de les bandes dels raigs X i raigs gamma de l'espectre en ser dispersats en xocar amb els electrons menys lligats als àtoms. Va ser observat per primer cop l'any 1923 pel físic estatunidenc Arthur Holly Compton (1892 - 1962) i independentment pel també estatunidenc d'origen neerlandès Peter Debye (1884 - 1966).^[1] Comptom seria guardonat amb el premi Nobel de física del 1927 per aquest descobriment.^[2]

El fenomen es pot observar si es fa incidir un feix de radiació de freqüència ${\displaystyle f}$ sobre una làmina de material, la radiació difosa tindrà una freqüència menor (${\displaystyle f'<f}$). La teoria clàssica de la difusió de la radiació electromagnètica, la dispersió de Thomson en particular, no pot explicar aquesta observació, els àtoms de la làmina haurien d'oscil·lar a la freqüència incident ${\displaystyle f}$ i, per tant, reemetre radiació a la mateixa freqüència. És a dir, l'efecte Compton demostra que la llum no es pot explicar exclusivament com una ona, d'aquí la seva gran importància.^[1][3] És la manera principal en què la matèria absorbeix energia radiant.^[4]

La interacció entre els electrons i els fotons d'alta energia produeix que el fotó cedeixi part de la seva energia a l'electró (fent-lo retrocedir), i el fotó que conté l'energia romanent sigui emès en una direcció diferent de l'original, per tal que el moment del sistema es conservi. Si el fotó encara té prou energia, el procés es pot repetir. En aquest cas, l'electró es tracta com a lliure. Si el fotó és de baixa energia, però encara té prou energia (en general uns pocs eV, al voltant de l'energia de la llum visible), pot ejectar l'electró del seu àtom hoste completament (un procés conegut com a efecte fotoelèctric), en comptes de seguir l'efecte Compton.

També existeix l'efecte Compton invers, en aquest cas el fotó guanya energia (decreix en longitud d'ona) en interaccionar amb la matèria. Encara que la dispersió nuclear Compton existeix, normalment ens referim a dispersió Compton a la interacció en la qual es relacionen només els electrons d'un àtom.