Chamamos de efeito Compton a diminuição da energia de um fóton, ou seja, o aumento do seu comprimento de onda, tipicamente na faixa de raios X ou de raio gama que acontece devido à interação com a matéria. Seu estudo é importante devido à interação com os elétrons livres.
A conservação simultânea do momento e da energia é praticamente inviável na interação com partícula livre, onde as referidas leis de conservação implicam a emissão de um segundo fóton a fim de serem satisfeitas, isso pelo fato de que a relação de dispersão para partícula livre exibe dependência com o quadrado de seu momento – E = P²/2m – enquanto a relação de dispersão para fótons é linear em relação ao momento – E = P/C -.
História
O efeito, observado por Arthur Holly Compton em 1923, é importante, pois mostra que a luz não pode ser explicada simplesmente como um fenômeno ondulatório. Ele conseguiu explicar a natureza corpuscular da radiação no mesmo ano, com um experimento. Projetou um mecanismo para fazer com que um feixe de raios x de comprimento de onda λ incidisse sobre um alvo de carbono. Com isso, percebeu que há um espalhamento e, de início, não notou nada errado, pois as medidas indicavam frequências diferentes entre o feixe espalhado e o feixe incidente após o atravessamento do alvo.
A teoria ondulatória indicava o conceito como certo, uma vez que a frequência de uma onda não é alterada por fenômenos que acontecem com ela. No entanto, no experimento, constatou-se que a frequência dos raios X espalhados era sempre menor que a frequência dos raios X incidentes – dependendo do ângulo de desvio.
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Os resultados
Para explicar o que aconteceu em seu experimento, o cientista inspirou-se na abordagem de Einstein, interpretando os raios X como sendo feixes de partículas, e a interação como sendo uma colisão de partículas. De acordo com Einstein e Planck, h.f seria o valor da energia do fóton incidente, e o fóton espalhado, em respeito à lei da conservação da energia, teria elétron.
Compton percebeu que a abordagem funcionava perfeitamente, mas foi ainda mais longe, investigando ainda a interação do ponto de vista da lei da conservação do momento linear.
Pode concluir que, desde que o momento linear do fóton fosse definido como , essa lei valia para diversos ângulos de espalhamento. (c= velocidade da luz no vácuo; h= constante de Planck; λ= comprimento de onda da radiação).
O cientista desenvolveu ainda, em colaboração com o inventor da câmara de nuvens, Charles Wilson, um experimento em que foi possível obter as trajetórias dos fótons e elétrons espalhados. Além disso, desenvolveu um método que provava que o fóton e o elétron eram espalhados simultaneamente, impedindo explicações que envolvessem a absorção e a posterior emissão da radiação.
