Efek Comptom

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