Comptonin ilmiö

Comptonin ilmiö eli Comptonin sironta on korkeataajuuksisen sähkömagneettisen säteilyn epäelastista siroamista väliaineen elektronista. Ilmiössä sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus kasvaa, kun fotoni luovuttaa törmäyksessä osan energiastaan elektronille. Ilmiö osoittaa että valolla on hiukkasluonne: klassisen teorian mukaan aallonpituuden ei pitäisi muuttua vuorovaikutuksessa. Ilmiön havaitsi Arthur H. Compton vuonna 1922.[1] Hänelle myönnettiin ilmiön löytämisestä Nobelin palkinto viisi vuotta myöhemmin 1927.

Kaaviokuva Comptonin ilmiön periaatteesta.

Fotonin aallonpituuden muutos Comptonin ilmiössä on[2]

${\displaystyle \Delta \lambda ={\frac {h}{mc}}(1-\cos {\theta }),}$

missä ${\displaystyle h}$ on Planckin vakio, ${\displaystyle c}$ valon nopeus tyhjiössä, ${\displaystyle m}$ elektronin lepomassa, ja ${\displaystyle \theta }$ sirontakulma eli säteen suunnan muutos.

Käänteinen Comptonin sironta tarkoittaa tilannetta, jossa energiaa siirtyy nopeasti liikkuvalta elektronilta pienienergiaiselle fotonille. Ilmiö on havaittu galaksijoukkojen kuumassa kaasussa, joka vähentää kosmisen mikroaaltotaustan kirkkautta: kuuman kaasun nopeat elektronit nostavat mikroaallon energiaa niin, että tavallisesti tarkasteltavalla aallonpituuskaistalla kirkkaus vähenee. Tämä tunnetaan myös nimellä Sunyaevin-Zeldovichin -ilmiö.