¿Qué es el efecto Compton?

El efecto Compton es la transferencia de energía de la luz y otras radiaciones electromagnéticas, como los rayos X y los rayos gamma, a partículas subatómicas estacionarias como los electrones. Este efecto observable da crédito a la teoría de que la luz está compuesta de partículas llamadas fotones. La energía transferida es medible y la interacción se ajusta a las leyes de conservación de la energía. Es decir, la energía combinada del fotón y el electrón antes de la colisión es igual a la energía combinada de las dos partículas después de la colisión. Un resultado secundario, y relacionado, de la colisión de fotones y electrones se conoce como dispersión de Compton, que se observa como un cambio en la dirección de los fotones después de la colisión, así como un cambio en su longitud de onda.

A principios del siglo XX, el físico notable, Max Planck, teorizó que la energía electromagnética, como la luz visible y otras radiaciones, estaba compuesta de paquetes individuales de energía llamados fotones. Además, se suponía que estos paquetes no tenían masa, sino que tenían una naturaleza individual y, a veces, se comportaban y compartían ciertas propiedades con otras partículas subatómicas con masas observables. Una serie de experimentos y cálculos resultaron en la aceptación de esta teoría, y cuando el efecto Compton, la dispersión de electrones debido a su absorción de energía de los fotones, fue observado y registrado por el físico Arthur Holly Compton en 1923, la teoría de Planck se fortaleció aún más.

El trabajo de Compton sobre el fenómeno que se conoció como el efecto Compton más tarde le valió el Premio Nobel de física. Compton observó que los fotones podrían impartir energía a partículas subatómicas como los electrones, haciendo que se dispersen o se alejen de sus posiciones originales. Bajo ciertas condiciones, esto puede hacer que los electrones se separen de sus moléculas progenitoras, ionizándolas o cambiando su carga eléctrica neta de neutral a positiva al eliminar el electrón cargado negativamente.

Además observó que después de la colisión, el fotón exhibió un aumento en la longitud de onda, un resultado directo de su pérdida de energía hacia el electrón y relacionado con el ángulo de desviación en su cambio de dirección, que se conoce como dispersión de Compton. Esta relación se define mediante una ecuación conocida como la fórmula de Compton. Una analogía común utilizada para ayudar a explicar el efecto Compton es golpear un grupo de bolas de billar estacionarias con una bola blanca en movimiento. La bola blanca imparte algo si su energía a las otras bolas, que se dispersan a medida que la bola blanca se mueve en otra dirección a una velocidad reducida. Si bien la luz tiene una velocidad constante, la velocidad reducida de la bola blanca es análoga al estado de energía más baja del fotón después de colisionar con un electrón, que se muestra por su longitud de onda más larga en lugar de la velocidad reducida.