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Compton-Effekt

 

['kɔmptən-, englisch], die von A. H. Compton 1922 entdeckte Vergrößerung der Wellenlänge bei der Streuung elektromagnetischer Strahlung (Licht-, besonders Röntgen- und Gammastrahlen) an freien oder relativ schwach in einem Streukörper (Kristallgitter) gebundenen Elektronen (Compton-Streuung). Der Compton-Effekt ist ein eindeutiger Beweis für die korpuskulare Natur des Lichtes u. a. elektromagnetischer Strahlung. Er kann als elastischer Stoß der einzelnen Licht- oder Strahlungsquanten (Photonen) an den Elektronen gedeutet werden: Ein Photon mit der Energie hν (h = Planck-Konstante, ν = Frequenz) überträgt dabei einen aus dem relativistischen Energie- und Impulssatz berechenbaren Anteil ΔE = h (ν — ν') seiner Energie auf das Elektron und wird unter einem Winkel ϑ gegen die Einfallsrichtung gestreut, wobei es mit der kleineren Energie hν' weiterfliegt. Die mit dem Energieverlust verbundene Vergrößerung der Wellenlänge, die (nur vom Streuwinkel ϑ abhängige) Compton-Verschiebung, beträgt dabei Δ λ = λ_{C, e} · (1 — cos ϑ), wobei λ_{C, e} die Compton-Wellenlänge des Elektrons ist. Der differenzielle Wirkungsquerschnitt für die Compton-Streuung an Elektronen wird durch die mit der Quantenelektrodynamik herleitbare Klein-Nishina-Formel gegeben. - Der Compton-Effekt ist nicht nur die entscheidende Stütze für die einsteinsche Lichtquantenhypothese und die Quantennatur der elektromagnetischen Strahlung. Er ist auch ein Beweis dafür, dass Energie- und Impulssatz auch im atomaren Bereich ihre Gültigkeit behalten.

 

Beim inversen Compton-Effekt übertragen energiereiche Elektronen einen großen Teil ihrer Energie auf Photonen. So stoßen etwa in intergalaktischen Bereichen energiereiche Elektronen, die aus (als Röntgenquellen auszumachenden) Galaxien herausströmen, auf die langwelligen Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung und verwandeln sie in energiereiche Photonen vorwiegend der Röntgenhintergrundstrahlung.