Fu nell'anno 1922 che Arthur Holly Compton, dopo aver condotto alcuni studi sull'interazione materia di radiazioni, si rese conto che quando un raggio di raggi X colpiva un bersaglio di carbonio, subiva una diffusione. Inizialmente, Compton non ha notato nulla di anomalo, poiché le sue misurazioni indicavano che il raggio diffuso aveva una frequenza diversa rispetto al raggio incidente subito dopo aver attraversato il bersaglio.
Secondo la teoria ondulatoria, questo concetto era dato per scontato, in quanto la frequenza di un'onda non viene alterata da alcun fenomeno che si verifica con essa, essendo caratteristica della sorgente che la produce. Ma quello che si è scoperto, attraverso la sperimentazione, è che la frequenza dei raggi X diffusi era sempre inferiore alla frequenza dei raggi X incidenti, a seconda dell'angolo di deviazione. La figura seguente ci mostra lo schema del verificarsi di questo fenomeno, noto come Effetto Compton.
Per spiegare cosa accadde, Compton si ispirò all'approccio di Einstein, cioè interpretò i raggi X come fasci di particelle e l'interazione come una collisione di particelle. L'energia del fotone incidente, secondo Einstein e Planck, sarebbe h.f; e il fotone diffuso avrebbe un elettrone, nel rispetto della legge di conservazione dell'energia.
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L'approccio ha funzionato perfettamente, ma Compton è andato anche oltre. Ha anche studiato l'interazione dal punto di vista della legge di conservazione della quantità di moto lineare. Sperimentalmente, ha verificato che questa legge era valida per più angoli di diffusione, purché il momento lineare del fotone fosse definito come
Dove:
- ç – è la velocità della luce nel vuoto
- H – è la costante di Planck
- λ – è la lunghezza d'onda della radiazione
L'inventore della Cloud Chamber (Charles Wilson) ha ottenuto sperimentalmente le traiettorie dei fotoni e degli elettroni diffusi, in collaborazione con Compton. Due caratteristiche sono notevoli nell'espressione di cui sopra: una è la ridefinizione della quantità di moto lineare stessa, che non può essere scritta come mv, perché il fotone non ha massa; e l'altra caratteristica che si può osservare è l'instaurarsi di una chiara associazione tra una quantità tipica di corpuscoli, cioè materia, e una quantità caratteristicamente ondulatoria.
Compton sviluppò ulteriormente un metodo che dimostrava che il fotone e l'elettrone erano dispersi simultaneamente, il che precludeva spiegazioni riguardanti l'assorbimento e la successiva emissione di radiazioni.
di Domitiano Marchesi
Laureato in Fisica
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SILVA, Domitiano Correa Marques da. "Effetto Compton"; Brasile Scuola. Disponibile in: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/efeito-compton.htm. Consultato il 27 giugno 2021.
