Efek Compton

Efek Compton 

Jika pada topik sebelumnya kalian telah mempelajari teori kuantum Max Planck, maka pada topik ini kalian akan belajar tentang efek Compton. Apa sih efek Compton? Jika timbul efek, pasti ada penyebabnya kan? Nah, untuk membahas hal itu, mari kita pelajari topik ini. 

Efek Compton merupakan sebuah nama yang diusulkan oleh penemunya yaitu Arthur Holly Compton setelah menerima hadiah Nobel pada tahun 1927 di Amerika Serikat. Hasil penelitian Compton ini, bertentang dengan teori gelombang klasik yang menyatakan bahwa panjang gelombang sinar elektromagnetik akan bersifat tetap untuk semua medium.

  Arthur Holly Compton

Compton melakukan eksperimen dengan menembakkan berkas sinar X dengan panjang gelombang λ ke arah target yang terbuat dari karbon seperti Gambar 2.

   Gambar Skema Penelitian Compton

Sinar-X merupakan radiasi gelombang elektromagnetik dengan tingkat frekuensi tertinggi ke-2 setelah sinar gamma. Ketika sinar X mengenai target karbon, maka sinar X tersebut akan terhambur dengan sudut hambur φ, lalu hamburan tersebut akan ditangkap oleh detektor untuk dianalisis hasilnya. Compton mengukur panjang gelombang dan intensitas sinar X yang terhambur dari berbagai arah dengan menempatkan beberapa detektor. Hasil percobaan Compton menunjukkan bahwa panjang gelombang hamburan sinar X lebih besar dibandingkan panjang gelombang awal yang ditembakkan. Hal ini tentu bertentangan dengan teori gelombang klasik. Untuk menjelaskan adanya fenomena tersebut, Compton menganggap bahwa foton merupakan materi yang dapat memindahkan momentum dan energi. Sebagai materi, foton memiliki momentum dan berlaku hukum kekekalan momentum di dalamnya. Berikut ini contoh penggambaran antara panjang gelombang datang dan panjang gelombang hamburan. Hamburan tersebut yang biasa disebut hamburan Compton atau efek Compton.

 Gambar Hamburan Compton

Dengan persamaan kesetaraan energi-massa dari Einstein diperoleh perumusan sebagai berikut.

Untuk foton, besarnya energi adalah hf, maka momentum foton adalah sebagai berikut.

Keterangan:
h = konstanta Planck yang nilainya 6,63 x 10-34 J.s;
f = frekuensi foton;
c = cepat rambat cahaya; dan
λ = panjang gelombang foton.

Hukum kekekalan berlaku pada foton, elektron, dan energi kinetik. Berdasarkan hukum kekekalan momentum diperoleh persamaan berikut.

Persamaan di atas disebut persamaan pergeseran Compton dengan keterangan sebagai berikut.
λ’ - λ = ∆λ dengan λ’ adalah panjang gelombang foton setelah tumbukan, λ adalah panjang gelombang foton sebelum tumbukan;
h = konstanta Planck;
m = massa elektron;
c = cepat rambat cahaya; dan
α = sudut hamburan foton
$\frac{h}{mc}$= panjang gelombang Compton.