Effetto Compton: scattering fotone-elettrone, variazione della lunghezza d'onda, conferma della natura corpuscolare della luce, formula di Compton

Il fenomeno

L'effetto Compton è lo scattering di un fotone su un elettrone. Secondo la fisica classica, l'onda elettromagnetica investe l'elettrone e viene riemessa con la stessa lunghezza d'onda. Nel 1923 Arthur Compton osservò invece che i raggi X diffusi da un bersaglio di grafite avevano lunghezza d'onda maggiore. L'urto è trattato come elastico relativistico: si conservano energia e quantità di moto. Il fotone cede energia cinetica all'elettrone, quindi la sua frequenza diminuisce e la lunghezza d'onda aumenta.

Formula e conseguenze

La variazione dipende solo dall'angolo di scattering:

dove $h$ è la costante di Planck, $m_e$ la massa a riposo dell'elettrone e $c$ la velocità della luce. Il termine $\frac{h}{m_e c}$ è la lunghezza d'onda Compton dell'elettrone, circa $2.43 \times 10^{-12}$ m. Il fotone ha quantità di moto $p=\frac{h}{\lambda}$ pur avendo massa nulla.

• Lo spostamento è massimo a $\theta=180^{\circ}$ e nullo a $0^{\circ}$.
• Con la luce visibile la variazione relativa è troppo piccola; i raggi X la rendono misurabile.
• L'esperimento conferma la natura corpuscolare della luce.