コンプトン効果

定義

コンプトン効果とは、X線などの高エネルギーの光子が電子に衝突したとき、散乱された光の波長が長くなる現象である。
この現象は、光が粒子としての性質（運動量やエネルギー）をもつことを示している。

イメージ

光（X線）が電子にぶつかると、電子にエネルギーの一部を渡してはじき飛ばされる。
その結果、光はエネルギーを失い、波長が長くなって別の方向へ進む。

つまり、「光が粒として衝突して、エネルギーを分ける」と考えると理解しやすい。

数式

コンプトン効果による波長の変化は、次の式で表される。

\[\Delta \lambda = \lambda' - \lambda = \frac{h}{m c} (1 - \cos \theta)\]

ここで、
\(\Delta \lambda\) は波長の変化（m）
\(\lambda\) は入射前の波長（m）
\(\lambda'\) は散乱後の波長（m）
\(h\) はプランク定数
\(m\) は電子の質量（kg）
\(c\) は光速（m/s）
\(\theta\) は散乱角である。

ポイント

• 波長の変化は散乱角 \(\theta\) によって決まり、\(\theta\) が大きいほど変化も大きい
• 光がエネルギーと運動量をもつ粒子（光子）としてふるまう証拠となる
• 可視光ではほとんど観測されず、X線など高エネルギーで顕著に現れる