Почему рассеянный рентгеновский фотон меняет цвет
При столкновении рентгеновского фотона с электроном происходит обмен не только энергией, но и импульсом — физической величиной, связанной с движением. Электрон получает часть импульса и отлетает, а фотон продолжает путь в новом направлении. Это явление называют эффектом Комптона.
Фотон не замедляется: в вакууме он всегда движется со скоростью света. Потеря энергии проявляется иначе — уменьшается частота его волны, а длина волны увеличивается. Электрон при этом уносит полученную энергию в виде движения.
Угол столкновения задаёт величину сдвига
Чем сильнее фотон отклоняется от первоначального направления, тем больше меняется его импульс — и тем больше энергии он передаёт электрону. Для свободного электрона, изначально покоившегося, увеличение длины волны определяется углом рассеяния: при движении почти вперёд сдвиг мал, а при развороте почти назад достигает максимума. Поэтому по изменению длины волны можно судить о том, насколько изменилось направление фотона.
Эффект заметен, когда энергия фотона достаточно велика, чтобы обмен энергией с отдельным электроном существенно влиял на его движение. Для рентгеновского излучения такие столкновения особенно важны: в отличие от простого отражения, здесь нельзя считать, что фотон лишь меняет курс, сохраняя прежнюю энергию.
Что выдаёт столкновение
После рассеяния электрон и фотон разлетаются с согласованными энергиями и направлениями: закон сохранения импульса связывает их движения. Именно поэтому эффект Комптона стал убедительным свидетельством того, что свет переносит энергию и импульс порциями — фотонами. Практическое следствие простое: измеряя энергию рассеянного рентгеновского фотона, можно получить сведения о самом акте столкновения, а не только о том, куда направился свет.
