Re: 3 quesiti sull' Effetto Compton

From: Elio Fabri <mc8827_at_mclink.it>
Date: Sat, 03 Jun 2006 21:22:07 +0200

Penso che sia utile un chiarimento generale del problema...
Cominciamo col dire che "effetto fotoelettrico" e "effetto Compton"
sono termini storici, ossia si riferiscono a determinate situazioni
sperimentali, tra loro molto diverse, in cui sono stati scoperti due
diversi fenomeni.

1. L'effetto fotoelettrico risale agli ultimi anni dell'800, e
consiste, come tutti sanno, nell'emissione di elettroni da parte di
superfici metalliche illuminate da luce di frequenza sufficientemente
alta. La prima spiegazione teorica e' di Einstein (1905) e le misure
che verificano la teoria di Einstein sono di Millikan (1915).

In seguito si e' adottato per estensione il termine "effetto
fotoelettrico" per tutti i casi in cui un fotone _scompare_ e la sua
energia viene _ceduta a un elettrone_, inizialmente legato in un
solido o anche in un atomo o molecola di un gas.

In questo senso l'effetto fotoelettrico e' possibile co fotoni di
qualsiasi energia, purche' superiore all'energia di legame
dell'elettrone; pero' il calcolo (QED) dimostra che la probabilita'
del fenomeno decresce rapidamente col crescere dell'energia del
fotone.

2. L'effetto Compton fu scoperto sperimentalmente nei primi anni '20
del secolo scorso, e la teoria fu fatta da Compton e Debye. Compton
fece anche esperimenti piu' accurati per verificare la formula che
conoscete.
Nel 1925 Compton e Simon realizzarono un esperimento famoso, col quale
di poteva vedere anche l'elettrone "urtato" dal fotone.

Come si vede gia' dalla formula, l'effetto Compton produce una
variazione relativa di l. d'onda tanto maggiore quanto piu' alta e'
l'energia del fotone; ma inoltre a energie dell'ordine del MeV la
prob. dell'effetto Compton e' maggiore di quella dell'effetto
fotoelettrico.

3. Con questo in realta' ho gia' iniziato un altro tema: possono
competere i due effetti? Si dice di solito che su un elettrone libero
l'eff. fotoel. e' impossibile, ed e' vero; invece l'effetto Compton si
tratta nel modo piu' semplice proprio per elettroni liberi.

Pero' gli elettroni che si trovano nella materia non sono liberi; di
solito si supera la difficolta' osservando che se l'energia del fotone
e' grande rispetto all'energia di legame, allora e' circa come se
l'elettrone fosse libero...
E se non e' grande?

In questo caso, intanto possono avvenire entrambi i fenomeni, con
prob. diverse a seconda dell'energia del fotone.
Ma poi accanto all'effetto Compton si puo' avere un effetto diverso,
se non si puo' trascurare l'impulso iniziale dell'elettrone.
In effetti un elettrone legato ha una distribuzione d'impulsi, e di
conseguenza l'effetto Compton non e' puro: la l. d'onda diffusa non e'
piu' data dalla solita formula, ma si osserva una riga _allargata_.

4. Giusto per completezza, anche se nessuno ne aveva paralto, ricordo
che se il fotone ha energia maggiore di circa 1 MeV diventa possibile
un altro fenomeno: la creazione di una coppia e+ e-.
E' giusto ricordarlo, perche' questo non solo e' possibile, ma per
fotoni di energie alte diventa addirittura dominante.

-- 
Elio Fabri
Received on Sat Jun 03 2006 - 21:22:07 CEST

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