Komptono reiškinys (angl. Compton effect) – tai fundamentali fizikinė sąveika tarp elektromagnetinių spindulių fotono ir elektringosios dalelės, dažniausiai elektrono. Šio proceso metu įvyksta fotono sklaida, kurios metu dalis jo turimos energijos perduodama dalelei.
Dėl šio energijos praradimo fotono energija sumažėja, o tai tiesiogiai koreliuoja su jo bangos ilgio padidėjimu. Šis reiškinys tapo vienu svarbiausių įrodymų patvirtinant kvantinę šviesos prigimtį.
Reiškinys pavadintas fiziko Arthuro Comptono vardu, kuris 1923 metais eksperimentiškai įrodė, kad elektromagnetinė spinduliuotė elgiasi ne tik kaip banga, bet ir kaip dalelių srautas.
Tai reiškia, kad fotonas, susidūręs su elektronu, elgiasi panašiai kaip biliardo kamuoliukas, perduodamas dalį savo impulso kitam objektui.
Fotonų energijos pokyčiai sklaidos metu
Pagrindinis Komptono reiškinio bruožas yra tas, kad po susidūrimo su laisvuoju ar silpnai susietu elektronu, fotonas pakeičia savo judėjimo kryptį. Kadangi dalis energijos atiduodama elektronui (šis įgyja kinetinę energiją ir atatranką), išsklaidyto fotono dažnis sumažėja. Fizikoje tai aprašoma kaip elektromagnetinės bangos poslinkis į ilgesnių bangų sritį.
Šis procesas yra kritiškai svarbus astrofizikoje ir rentgeno spindulių diagnostikoje. Pavyzdžiui, tiriant aukštos energijos kosminius spindulius, Komptono sklaida leidžia nustatyti medžiagos tankį ir pasiskirstymą erdvėje.
Be to, šis reiškinys apriboja rentgeno nuotraukų ryškumą, nes išsklaidyti fotonai sukuria papildomą foninį triukšmą detektoriuose.
Atvirkščias Komptono procesas ir jo reikšmė astrofizikoje
Moksle žinomas ir atvirkščias Komptono procesas, kuris vyksta visiškai priešingomis sąlygomis. Šiuo atveju fotonus išsklaido itin greitos, didelę kinetinę energiją turinčios elektringosios dalelės. Sąveikos metu būtent fotonai perima energiją iš dalelių ir dėl to jų energija reikšmingai padidėja.
Šis atvirkštinis reiškinys yra atsakingas už itin galingą spinduliuotę aplink aktyvius galaktikų branduolius ir juodąsias skyles. Kai mažos energijos fotonai (pavyzdžiui, reliktinis foninis spinduliavimas) susiduria su reliatyvistiniais elektronais, jie virsta aukštos energijos gama spinduliais.
Tai vienas pagrindinių mechanizmų, leidžiančių mums stebėti pačius energingiausius procesus visatoje.
Elektringųjų dalelių vaidmuo energijos mainuose
Kiekviena sąveika, kurią aprašo Komptono reiškinys, remiasi energijos ir impulso tvermės dėsniais. Elektronai, dalyvaujantys šiame procese, veikia kaip tarpininkai, kurie priima arba atiduoda energiją priklausomai nuo jų pradinės būsenos. Jei elektronas yra ramybės būsenoje, jis visada pasisavins dalį fotono energijos.
Ši sąveika parodo glaudų ryšį tarp elektromagnetinių laukų ir materijos. Supratimas apie tai, kaip dalelės ir spinduliuotė keičiasi energija, leido sukurti modernius dalelių greitintuvus ir giliau suprasti atomo sandarą.
Komptono reiškinys išlieka baziniu elementu šiuolaikinėje kvantinėje mechanikoje, iliustruojančiu, kad šviesa ir materija nuolat dalyvauja dinamiškuose energijos mainuose.
Komptono reiškinys iš esmės pakeitė mūsų suvokimą apie mikropasaulį. Jis ne tik patvirtino fotonų egzistavimą, bet ir suteikė įrankius matuoti pačius mažiausius energijos pokyčius.
Nuo medicininės įrangos iki tolimų kvazarų stebėjimo – šis fizikinis dėsnis išlieka kertiniu akmeniu interpretuojant visatą sudarančių dalelių elgseną. Nuolatiniai šio reiškinio tyrimai padeda tobulinti medžiagų analizės metodus ir kurti jautresnius radiacijos jutiklius.
