Sull’effetto Compton

Questa è una domanda sulla natura corpuscolare della luce:

Qual è la massima variazione di lunghezza d’onda che un fotone subisce per diffusione Compton da una molecola di azoto N2?

La mia risposta:

In questi casi vorrei poter contare su una maggiore esperienza in fatto di dati sperimentali, ma per quello che so direi che la risposta è: Dipende.
La teoria dell’effetto Compton mostra che la variazione della lunghezza d’onda del fotone incidente è data dall’espressione:
\[\displaystyle\Delta\lambda=\frac{h}{mc}\left(1-\cos\alpha\right)\]
dove \(h\) è la costante di Planck, \(c\) la velocità della luce nel vuoto e \(\alpha\) l’angolo di diffusione del fotone (la massima variazione di lunghezza d’onda si ottiene quando \(\cos\alpha=-1\), cioè per \(\alpha=180°\)), mentre \(m\) è la massa della particella il cui rinculo produce l’effetto Compton stesso, cioè il fatto che il fotone diffuso abbia una lunghezza d’onda maggiore e un’energia minore del fotone incidente.
Se il fotone ha un’energia molto maggiore dell’energia di legame dell’elettrone all’interno dell’atomo su cui incide, allora l’elettrone può essere considerato libero e \(m\) rappresenta la massa dell’elettrone. Ma se questa condizione non è soddisfatta, allora bisogna assumere che il fotone interagisca con l’intero atomo (in questo caso con l’intera molecola) e \(m\) deve essere posta uguale alla massa dell’atomo o della molecola, in questo caso della molecola \(N_2\).

Per la lezione

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