Interakce rentgenových fotonů (6)

O fotoelektrickém jevu a Comptonově rozptylu byla již řečena spousta věcí, viz články:

Nyní si ještě odpovíme na otázku, proč existuje u Comptonova rozptylu rozptýlený foton, ale neexistuje u fotoelektrického jevu?

Důvodem jsou zákony zachování energie a hybnosti. Fotony (nebo i jiné částice s nulovou hmotností) mají nejnižší poměr hybnosti a energie ze všech částic. Dopadne-li foton na volný elektron a je plně absorbován, pak musí tento elektron získat celou hybnost a energii fotonu. Ale poměr hybnosti a energie je jiný pro elektron než pro foton, protože elektron je částice s nenulovou hmotností. Protože je poměr odlišný, nemůže být současně zachována energie i hybnost. Proto je pro volný elektron nemožné absorbovat celý foton. Právě přítomnost rozptýleného fotonu umožňuje zachovat energii a hybnost současně.

Na druhé straně, je-li elektron pevně vázán v systému, pak může dopadající foton interagovat s celým tímto systémem a předat mu tak hybnost, kterou v případě volného elektronu musí předat rozptýlenému fotonu. Systém výrazně převáží samotný elektron. Celková energie je tak zachována, hybnost stejně tak, protože nadbytečná hybnost je předána systému, který právě umožňuje současné zachování energie a hybnosti.

Nyní by již mělo být jasné, proč při interakci vysokoenergetického fotonu s vázaným elektronem dochází k interakci typu Comptonův rozptyl. Energie dopadajícího fotonu je příliš velká vzhledem k vazbě elektronu, interakce mezi elektronem a systémem je tedy příliš slabá na to, aby došlo k dostatečnému přenosu hybnosti systému, a tak nemůže být zachována hybnost. Proto je zde přítomný rozptýlený foton, stejně jako v případě interakce fotonu na volném elektronu. Čím vyšší je energie dopadajícího fotonu, tím více je možné dívat se na vázaný elektron jako na volný elektron, protože více a více hybnosti je přeneseno na rozptýlený foton ve srovnání s hybností přenesenou na systém, ve kterém je elektron vázaný. Pro nízké energie fotonů není rozptýlený foton potřeba, ale s rostoucí energií již je potřeba rozptýleného fotonu.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *