Physic Labs

問題 3

波長 λ\lambda の光子が静止電子に散乱され、散乱後の光子は入射方向となす角が θ\theta である。波長変化 Δλ\Delta\lambda と反跳電子の運動エネルギーを求めよ。電子質量 mem_e、光速 cc、プランク定数 hh を用いる。 (a) エネルギー・運動量保存と電子の相対論的関係からコンプトン変化 Δλ\Delta\lambda を導け。(b) 光子のエネルギー損失を求め、電子の反跳運動エネルギーと等しいことを示せ。(c) 前方散乱 θ=0\theta=0 と後方散乱 θ=π\theta=\pi の極限を求め、反跳が最大となる角度を述べよ。 電子は初め静止し、光子は h/λh/\lambda の運動量をもつ。散乱後の電子には相対論的関係を用いる。 入射光子のエネルギーは hc/λhc/\lambda であり、散乱光子と反跳電子が全運動量を分け合う。波長変化と電子の運動エネルギーを求める。 前方散乱では波長変化がなく、後方散乱では最大となる。
problems.proof.stepOf
problems.proof.prevStepproblems.proof.nextStep
Eγ=hc/λ,pγ=h/λE_\gamma=hc/\lambda,\quad p_\gamma=h/\lambda
problems.proof.analysis

光子は E=hc/λE=hc/\lambda、p=E/c=h/λp=E/c=h/\lambda をもつ。初期電子は静止しているため静止エネルギー mec2m_ec^2 のみをもち、運動量はゼロである。