Compton Saçılması ve de Broglie Dalga Boyu

Konu Özeti

Işığın tanecik özelliği, fotoelektrik olayla birlikte Compton saçılmasıyla da kanıtlanır. Compton olayında foton bir elektrona çarpar, enerjisinin bir kısmını aktarır ve daha uzun dalga boylu olarak saçılır. Louis de Broglie bu ikiliğin maddeye de uygulanabileceğini öne sürdü ve her hareketli cismin bir dalga boyu olduğunu belirtti. Bu konuda foton ve madde dalgası için aynı temel bağıntının nasıl kullanıldığını öğreneceksin.

Temel Kavramlar

Yüksek enerjili bir foton (X ışını) serbest ya da zayıf bağlı bir elektronla çarpışır. Foton enerjisinin bir kısmını elektrona aktarır, doğrultusunu değiştirerek saçılır. Elektron geri teper ve hareket kazanır.

E = h·f = h·c/λ p = h/λ Δλ = (h/(m·c))·(1 − cosθ)

• Saçılan fotonun enerjisi azalır; frekansı düşer, dalga boyu artar.
• Çarpışmada toplam enerji ve toplam momentum korunur.
• Foton kütlesizdir ama p = h/λ momentumu vardır; çarpışmada momentum aktarır.
• Saçılma açısı θ büyüdükçe dalga boyundaki artış Δλ de büyür.

Sık yapılan hata: Compton'da fotonun yok olduğunu sanmak. Foton yok olmaz, enerjisi azalmış olarak saçılır. Fotoelektrik olayda ise foton tamamen soğrulur.

Fotoelektrik ve Compton Benzerlikleri

İki olay da ışığın yalnızca dalga modeliyle açıklanamadığını gösterir. Her ikisi de ışığın tanecik doğasının kanıtıdır.

Işığın İkili Doğası

• Girişim, kırınım ve kutuplanma ışığın dalga doğasını gösterir.
• Fotoelektrik ve Compton olayları ışığın tanecik doğasını gösterir.
• Işık hem dalga hem tanecik özelliği taşır; bir deneyde genellikle biri belirgin görünür.
• Foton hem enerjiye (E = h·f) hem momentuma (p = h/λ) sahiptir.

Madde Dalgaları – de Broglie

Louis de Broglie, ışığın dalga-tanecik ikiliği gösterdiğini düşünerek hareketli maddenin de dalga özelliği taşıyabileceğini öne sürdü. Bu dalgaya madde dalgası denir. Elektron kırınım deneyi bu öngörüyü doğrulamıştır.

λ = h/p = h/(m·v)

• Momentum (kütle ve hız) arttıkça de Broglie dalga boyu küçülür.
• Günlük hayattaki cisimlerin dalga boyu çok küçüktür, bu yüzden dalga özelliği gözlenemez.
• Elektron ve proton gibi küçük parçacıkların dalga boyu ölçülebilir düzeydedir.
• Aynı hızla giden parçacıklardan kütlesi büyük olanın dalga boyu daha küçüktür.