Física/Física moderna/Efecto Compton

El efecto Compton consiste en el aumento de la longitud de onda de un fotón de rayos X cuando choca con un electrón libre y pierde parte de su energía. La frecuencia o la longitud de onda de la radiación dispersada depende únicamente de la dirección de dispersión. El desplazamiento de la longitud de onda de los fotones no depende por tanto de la naturaleza del medio en el que se produce la dispersión, sino únicamente de la masa de la partícula que deflecta el fotón (generalmente electrones) y de la dirección de deflexión.

Puede demostrarse a partir del principio de conservación del ímpetu o momento lineal y de la conservación de la energia total que el corrimiento de longitud de onda del fotón viene dado, en función del ángulo de dispersión del fotón respecto a la dirección incidente $\theta$, supuesta colisión con un electrón:

$\Delta \lambda ={\frac {h}{m_{e}c}}\left(1-\cos \theta \right)$

Que corresponde a una pérdida energética del fotón dada por:

$E'_{\gamma }={\frac {E_{\gamma }}{1-{\frac {E_{\gamma }}{m_{e}c^{2}}}}}$

Frecuentemente se define la longitud de onda Compton como $\lambda _{C}={\frac {h}{m_{e}c}}$.

El efecto compton es un proceso inelástico, por el cual se modifica tanto la dirección como la energia del fotón, en oposición a la dispersión Rayleigh en la que la energia del fotón permanece constante aunque cambia su dirección.

El efecto Compton es predominante a energias del orden de 1 MeV, disminuyendo su sección eficaz con la inversa de la energia para valores altos de esta.

Descubrimiento y relevancia histórica

El efecto Compton fue estudiado por el físico Arthur Compton en 1923 quién pudo explicarlo utilizando la noción cuántica de la radiación electromagnética como cuantos de energía. El efecto Compton constituyó la demostración final de la naturaleza cuántica de la luz tras los estudios de Planck sobre el cuerpo negro y la explicación de Albert Einstein del efecto fotoeléctrico. Como consecuencia de estos estudios Compton ganó el Premio Nobel de Física en 1927.

Efecto Compton inverso

Cuando los fotones chocan con electrones relativistas, pueden ganar inverso. Este efecto puede ser una de las explicaciones de la emisión de rayos X en supernovas, quasars y otros objetos astrofísicos de alta energía.