1.5.
Efek Compton
Berikutnya adalah eksperimen yang memberikan bukti
paling nyata tentang keberadaan sifat partikel dari radiasi. Kalau efek
fotolistrik menguatkan adanya sifat partikel dari cahaya yaitu gambaran foton
untuk cahaya, maka efek Compton akan memberikan gambaran sifat gelombang untuk
materi. Authur Holly Compton (1923) meyakinkan realitas foton karena
memperkenalkan momentum foton, juga energi foton kedalam situasi eksperimental.
1.5.1.
Eksperimen Compton
Seberkas sinar-x dengan panjang gelombang λ dijatuhkan pada
target/bahan. Compton lalu mengukur intensitas sinar-x terhambur dari target
sebagai fungsi panjang gelombang untuk beberapa arah terpilih. Kemudian
diketemukan bahwa meskipun berkas datang hanya mengandung satu panjang
gelombang, sinar-x terhambur akan mempunyai puncak-puncak intensitas pada dua
panjang gelombang. Satu puncak berkaitan dengan panjang gelombang datang λ sedang yang lain
λ’ yang lebih
besar dari λ.
Selisih panjang gelombang ini disebut pergeseran Compton (Compton Shift).
1.5.2.
Gambaran Klasik Efek Compton
Gelombang
datang dengan frekuensi
setelah
bertumbukan dengan bahan akan menyebabkan elektron di dalam target/bahan
berosilasi pada frekuensi yang sama dengan frekuensi gelombang datang. Elektron-elektron
osilasi ini dari teori dipol listrik akan menghasilkan radiasi pada frekuensi
yang sama. Jadi berkas terhambur seharusnya hanya mempunyai frekuensi yang sama
dengan berkas datang. Puncak terhambur dengan panjang gelombang λ’ sama sekali
tidak dapat dimengerti jika kita memikirkan berkas sinar-x datang sebagai
gelombang Compton melihat berkas datang sebagai arus foton dengan energi
E=hv
dan momentum
dan
berasumsi bahwa beberapa foton ini membuat tumbukan bak bola billiard dengan
elektron-elektron individu di dalam target. Jika elektron mengambil sejumlah
energi kinetik dalam suatu tabrakan, maka foton terhambur harus mempunyai
energi yang lebih rendah E’ daripada foton datang. Oleh karena itu
meampunyai frekuensi yang lebih rendah v’ (panjang gelombang yang lebih
panjang λ’).
Gambar . Hasil Eksperimen Compton
Foton sebagai
partikel mempunyai tenaga sebesar Er =
h
. Berdasarkan kesetaraan massa-energi
Einstein, foton mempunyai massa sebesar
dan mempunyai momentum linear sebesar
Seberkas radiasi
yang dikenakan pada lempeng (plat tipis) logam akan mengalami hamburan.
Intensitas radiasi terhambur tergantung pada sudut hamburannya. Gambar I-4 menunjukkan susunan peralatan dan hasil
pengamatan hamburan radiasi. Gejala tersebut tidak dapat dijelaskan dengan
memandang radiasi sebagai gelombang klasik.
Pada tahun 1923,
Compton mempelajari hamburan radiasi tersebut di atas, dan menerangkan sebagai
berikut. Radiasi yang dikenakan pada lempeng logam berinteraksi dengan elektron
bebas dalam logam (tidak selalu menimbulkan efek fotolistrik walaupun tenaganya
cukup). Interaksi antara radiasi dengan elektron bebas dalam logam berperilaku
seperti tumbukan elastis antara dua partikel. Mekanisme hamburan radiasi
(kemudian disebut hamburan Compton atau efek Compton)
tersebut di atas dapat dijelaskan dengan memberlakukan hukum-hukum kekekalan
tenaga dan momentum linear secara relativistik. Pemberlakuan kedua hukum
kekekalan tersebut menghasilkan persamaan-persamaan
