Compton, Arthur Holly

fisico statunitense (Wooster, Ohio, 1892-Berkeley 1962). Ottenne nel 1927 il premio Nobel per la scoperta dell'effetto che da lui prende nome, una delle prime conferme sperimentali della realtà fisica dei quanti di luce, i fotoni ipotizzati da Planck nel 1900.

Effetto Compton

L'esperimento effettuato da Compton consistette nell'inviare radiazioni elettromagnetiche, della stessa natura dei raggi luminosi e costituite da raggi X di alta energia, contro un bersaglio rappresentato da elettroni che si potevano considerare praticamente liberi. I risultati dimostrarono che l'urto avveniva con le stesse caratteristiche energetiche dell'urto fra due sferette elastiche: infatti i raggi X deviati dagli elettroni risultavano caratterizzati da una lunghezza d'onda maggiore di quella precedente all'urto, e quindi da un'energia minore, e potevano perciò essere considerati come pacchetti (quanti) di luce. Tale fenomeno si spiega osservando che quando un fotone incidente colpisce un elettrone che, per la piccola energia di legame con l'atomo a cui appartiene, può considerarsi praticamente a riposo, viene deviato con un angolo φ rispetto alla direzione iniziale e cede all'elettrone una parte della sua energia; questa costituisce l'energia di rinculo dell'elettrone, che viene sbalzato dall'atomo in una direzione formante un angolo ϑ con la direzione del fotone incidente. Dai teoremi di conservazione della quantità di moto e di conservazione dell'energia si trova facilmente la relazione tra la lunghezza d'onda, λ₁, del fotone incidente e quella, λ₂, del fotone dopo l'urto: λ₂–λ₁=[h/(m₀c)](1–cosφ). In questa espressione, corrispondente ai risultati sperimentali, h è la costante di Planck, m₀ la massa dell'elettrone, c la velocità della luce; h/m₀c è detta lunghezza Compton d'onda dell'elettrone. La prima comunicazione di tale scoperta venne fatta da Compton nel 1922; successivamente lo stesso scienziato utilizzò questo effetto nello studio dei raggi cosmici primari, dei quali dimostrò la natura corpuscolare e calcolò l'angolo di incidenza alle diverse altezze e latitudini come funzione della perdita di energia.