Radosław Stefańczyk 3 FA

Fotony mogą oddziaływać z atomami na drodze czterech różnych procesów. Są to: zjawisko fotoelektryczne, efekt tworzenie par, zjawisko Thomsona i zjawisko Comptona. W wyniku występowania zjawiska fotoelektrycznego oraz kreacji par zachodzi całkowita absorpcja fotonów, natomiast zjawisko Comptona i zjawisko Thomsona prowadzą do rozpraszania fotonów.

Napięcie hamujące jest niezależne od natężenia światła, natomiast natężenie prądów nasycenia I a oraz I b są wprost proporcjonalne do natężenia światła. Istnieje ściśle określona częstotliwość progowa, poniżej której zjawisko fotoelektryczne nie występuje.

Zjawisko fotoelektryczne ma trzy podstawowe cechy, których nie można wyjaśnić na gruncie klasycznej falowej teorii światła: 1.Maksymalna energia kinetyczna K max jest niezależne od natężenia światła. 2.Dla częstotliwości światła mniejszej od częstotliwości granicznej zjawisko fotoelektryczne nie występuje, niezależnie od tego, jak silne jest oświetlenie powierzchni. 3.Według teorii klasycznej energia świetlna jest jednorodnie rozłożona na całej powierzchni falowej. Zatem gdy wiązka światła jest dostatecznie słaba, powinno występować mierzalne opóźnienie czasowe pomiędzy chwilą, kiedy światło zaczyna padać na powierzchnię płytki, a momentem uwolnienia z niej elektronu. W tym właśnie czasie elektron powinien absorbować energię z wiązki światła aż do momentu, gdy nagromadzona energia będzie wystarczająca, aby elektron mógł wydobyć się z metalu. Jednak nigdy nie stwierdzono żadnego mierzalnego opóźnienia czasowego.

Ze zjawiskiem kreacji par ściśle związany jest proces odwrotny zwany anihilacją par. Polega on na tym, że gdy spoczywające cząstki - elektron i pozyton - znajdują się blisko siebie, wtedy łączą się ze sobą i ulegają anihilacji. W rezultacie następuje unicestwienie dwóch cząstek materialnych, w miejsce których powstaje promieniowanie elektromagnetyczne. Energia powstających fotonów będzie większa niż 0,51 MeV.

Proces rozpraszania fotonów bez zmiany długości fali nazywany jest rozpraszaniem Thomsona. Można rozróżnić 2 interpretacje: 1.Interpretacja kwantowa, 2.Interpretacja klasyczna. Chociaż klasyczne wyjaśnienie istnienia rozpraszania Thomsona jest różne od kwantowego, to oba podejścia wyjaśniają obserwowane doświadczalnie fakty. Stąd wnioskujemy, że rozpraszanie Thomsona jest przykładem zjawiska, przy interpretacji którego wyniki teorii klasycznej i kwantowej się pokrywają (Dualizm korpuskularno- falowy).

Nasuwa się pytanie, w jakim zakresie widma elektromagnetycznego dominującym procesem będzie rozpraszanie Thomsona, a w jakim rozpraszanie Comptona. Dla λ→∞ dominuje rozpraszanie Thomsona. W przypadku gdy λ→0, dominuje rozpraszanie Comptonowskie.