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+mec2=Eγ′+EeE_\gamma+m_ec^2=E_\gamma\prime+E_e
problems.proof.analysis

エネルギー保存では散乱後の電子の静止エネルギーと反跳運動エネルギーを含める。光子の損失 E−E′E-E\prime が電子の運動エネルギーとなる。

problems.proof.pitfall. 注意：光子の運動量を mevm_ev としてはならない。光子は p=E/c=h/λp=E/c=h/\lambda であり、反跳電子には相対論的エネルギー式を用いる。