1.5. Efek Compton

Berikutnya adalah eksperimen yang memberikan bukti paling nyata tentang

keberadaan sifat partikel dari radiasi. Kalau efek fotolistrik menguatkan adanya sifat partikel

dari cahaya yaitu gambaran foton untuk cahaya, maka efek Compton akan memberikan

gambaran sifat gelombang untuk materi. Authur Holly Compton (1923) meyakinkan realitas

foton karena memperkenalkan momentum foton, juga energi foton kedalam situasi

eksperimental.

1.5.1. Eksperimen Compton

Seberkas sinar-x dengan panjang gelombang λ dijatuhkan pada target Grafit.

Compton lalu mengukur intensitas sinar-x terhambur dari target sebagai fungsi panjang

gelombang untuk beberapa arah terpilih. Kemudian diketemukan bahwa meskipun berkas

datang hanya mengandung satu panjang gelombang, sinar-x terhambur akan mempunyai

puncak-puncak inensitas pada dua panjang gelombang. Satu puncak berkaitan dengan

panjang gelombang datang λ sedang yang lain λ’ yang lebih besar dari λ. Selisih pajang

gelombang ini disebut pergeseran Compton (Compton Shift).

1.5.2. Gambaran Klasik Efek Compton

Gelombang datang dengan frekuensi v setelah bertumbukan dengan bahan akan

menyebabkan elektron di dalam target/bahan berosilasi pada frekuensi yang sama dengan

frekuensi gelombang datang. Elektron-elektron osilasi ini dari teori dipol listrik akan

menghasilkan radiasi pada frekuensi yang sama. Jadi berkas terhambur seharusnya hanya

mempunyai frekuensi yang sama dengan berkas datang. Puncak terhambur dengan panjang

gelombang λ’ sama sekali tidak dapat dimengerti jika kita memikirkan berkas sinar-x datang

sebagai gelombang Compton melihat berkas datang sebagai arus foton dengan energi

E=hv

dan momentum

p= hχ

dan berasumsi bahwa beberapa foton ini membuat tumbukan bak bola billiard dengan

elektron-elektron individu di dalam target. Jika elektron mengambil sejumlah energi kinetik

dalam suatu tabrakan, maka foton terhambur harus mempunyai energi yang lebih rendah E’

daripada foton datang. Oleh karena itu meampunyai frekuensi yang lebih rendah v’ (panjang

gelombang yang lebih panjang λ’).

Gambar . Hasil Eksperimen Compton

Foton sebagai partikel mempunyai tenaga sebesar Er = hu . Berdasarkan kesetaraan

massa-energi Einstein, foton mempunyai massa sebesar

mf=h ν

c2

dan mempunyai momentum linear sebesar

p f=h ν

c2=h

χ

Seberkas radiasi yang dikenakan pada lempeng (plat tipis) logam akan mengalami

hamburan. Intensitas radiasi terhambur tergantung pada sudut hamburannya. Gambar I-4

menunjukkan susunan peralatan dan hasil pengamatan hamburan radiasi. Gejala tersebut

tidak dapat dijelaskan dengan memandang radiasi sebagai gelombang klasik.

Pada tahun 1923, Compton mempelajari hamburan radiasi tersebut di atas, dan

menerangkan sebagai berikut. Radiasi yang dikenakan pada lempeng logam berinteraksi

dengan elektron bebas dalam logam (tidak selalu menimbulkan efek fotolistrik walaupun

tenaganya cukup). Interaksi antara radiasi dengan elektron bebas dalam logam berperilaku

seperti tumbukan elastis antara dua partikel. Mekanisme hamburan radiasi (kemudian disebut

hamburan Compton atau efek Compton) tersebut di atas dapat dijelaskan dengan

memberlakukan hukum-hukum kekekalan tenaga dan momentum linear secara relativistik.

Pemberlakuan kedua hukum kekekalan tersebut menghasilkan persamaan-persamaan

χ− χ '= hme c

(1−cosθ )