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Lezione 7 Effetto Compton. Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 2 Testo di riferimento Eisberg & Resnick Quantum Physics of Atoms, Molecules,

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1 Lezione 7 Effetto Compton

2 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 2 Testo di riferimento Eisberg & Resnick Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, ad Particles CD lezione 7

3 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 3 Leffetto Compton Arthur Holly Compton (Wooster, Ohio, 1892 Berkeley, California,1962) Primo premio Nobel americano, per la fisica (1927).

4 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 4 Leffetto Compton Un fascio monocromatico di raggi X collide su un target di grafite ( R ). La radiazione scatterata viene collimata mediante un sistema di fenditure e rilevata da una camera di ionizzazione dopo aver attraversato uno spettrometro alla Bragg

5 Al variare dellangolo di rivelazione varia sia lintensità della radiazione rilevata (ovvio!), sia la lunghezza donda. Accanto alla radiazione con la stessa lunghezza donda di quella incidente compare una radiazione con lunghezza donda maggiore. Si nota che tanto più grande è langolo, tanto maggiore è questa seconda lunghezza donda. La differenza è detta Compton sfift

6 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 6 Leffetto Compton Se si assume lipotesi che il fotone si comporti come una particella, ad esso si può associare una energia ed un momento. Si consideri un fotone, di lunghezza donda (energia h, che collide con un elettrone e di energia (relativistica) E e momento p

7 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 7 Leffetto Compton (Tutte le grandezze relative ad istanti successivi alla collisione sono indicate con un apice) Supponiamo che il fotone prosegua in una direzione che forma un certo angolo con quella di incidenza. Per la conservazione della quantità di moto o momento si ha: (1) (2) e

8 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 8 Leffetto Compton (3) (4) ma Sostituendo le (3) e (4) in (2) si ottiene (5)

9 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 9 Leffetto Compton Per la conservazione dellenergia si ha Poichè (6) (7) e

10 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 10 Si ottiene da cui (8) (9) Uguagliando la (5) e la (9) si ha Leffetto Compton

11 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 11 Leffetto Compton riscrivendo

12 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 12 Leffetto Compton dove C =h/mc è nota come lunghezza donda di Compton Si può anche scrivere : N.B. dipende solo da e non da !

13 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 13 Leffetto Compton

14 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 14 Leffetto Compton In una serie di esperimenti successivi fu verificata la simultanea espulsione dellelettrone e misurata la sua energia. I risultati sperimentali confermarono la spiegazione delleffetto Compton

15 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 15 Il picco a Θ =0 corrisponde alla lunghezza donda incidente. Nella spiegazione si ipotizza che gli elettroni con cui collidono i raggi X siano liberi. Tuttavia è anche possibile che un elettrone sia legato fortemente. In tal caso leffettiva collisione avviene non solo con la sua massa (m 0 ) ma con quella dellintero atomo (M~22,000m 0 per il carbonio). In queste nuove condizioni la lo shift Compton sarà: In pratica non si potrà misurare nessuno shift Leffetto Compton

16 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 16 Leffetto Compton Può anche accadere che lo scattering avvenga tra fotone e nucleo. Anche in questo caso lo shift Compton è troppo piccolo (rispetto ad un valore tipico di radiazione X) per essere misurato. Ma se il fotone invece di essere un X è un con lunghezza donda tipica di Å ritorna la possibilità di apprezzare lo shift Da modificare

17 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 17 Lo scattering Raleigh Un altro modo di interazione tra radiazione e materia è quello conosciuto con il nome di scattering Raleigh, la cui caratteristica principale è quella che la radiazione scatterata ha esclusivamente la lunghezza donda della radiazione incidente. Intorno al 1900 Raleigh, ipotizzò che una radiazione elettromagnetica fosse in grado di far vibrare gli elettroni alla stessa frequenza della radiazione incidente, generando così una nuova radiazione della stessa lunghezza donda emessa in altra direzione qualsiasi. Lo scattering Raleigh predomina nella regione spettrale che va dalle onde radio al visibile, mentre lo scattering Compton prevale per fotoni X e. In realtà se accadesse uno scattering Compton non sarebbe misurabile, mentre nella zona diventa prevalente la produzione di coppia rispetto allo scattering Compton

18 Francesco Adduci Fisica Atomica e Molecolare 18 Dualità della luce OndeParticelle Riflessione Rifrazione Interferenza No Diffrazione No Polarizzazione No Effetto fotoelettrico No


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