La ecuación de Compton sirve para predecir un cambio de longitud de onda vinculada a la radiación electromagnética que se ha dispersado.
Efecto Compton es el nombre de un fenómeno que estudió en 1923 Arthur Compton, un físico de origen estadounidense que hizo aportes científicos valiosos. En 1927, este experto que tuvo a los rayos X como objeto de interés y descubrió que un fotón, al chocar con un electrón libre y perder una porción de energía, ve incrementada su longitud de onda, recibió el Premio Nobel de Física.
Cabe resaltar que antes que este especialista demostrara que la luz posee una naturaleza de carácter cuántico, el alemán Max Planck, quien no advirtió (o, al menos, no lo hizo saber) que la luz podía desenvolverse como partícula, había hecho hallazgos que le dieron contenido a la denominada ley de Planck o ley espectral de la radiación del cuerpo negro. Este principio que se ocupa de describir la radiación electromagnética que, al estar en equilibrio térmico a una temperatura concreta, es capaz de emitir un cuerpo negro, llegó a revolucionar tanto a la física moderna como a la teoría cuántica. Albert Einstein, en tanto, se había encargado de explicar en qué consiste el efecto fotoeléctrico y designó como «cuantos de luz» a los actuales fotones, pero no llegó a demostrar la existencia de ondas y partículas asociadas a la luz.
Tras experimentar, sacar conclusiones y presentar resultados acerca de la también catalogada como dispersión Compton, el citado físico marcó un antes y un después en la ciencia ya que, gracias a su labor, surgió una mirada más precisa sobre la esencia y el comportamiento de la luz, la cual debe adoptar un comportamiento de partícula cuando se pretende aludir al efecto Compton. En este contexto, sumando las contribuciones del físico de origen francés Louis de Broglie, ganó protagonismo la dualidad onda-partícula típica de la mecánica cuántica. Con su trabajo, Arthur confirmó que la luz debe ser abordada como un flujo de elementos parecidos a partículas cuya energía resulta proporcional a la frecuencia que posee la onda luminosa siempre que se busque explicar en qué consiste la dispersión Compton en un marco de baja intensidad.
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ResumenAplicaciones del efecto Compton
El efecto Compton, la más destacada de las interacciones en el ámbito del nivel intermedio de energía, se aprovecha y aplica en una amplia variedad de disciplinas y situaciones.
La dispersión identificada como Compton, por ejemplo, es muy útil dentro de la radiobiología. Se utiliza en radioterapia tiene importancia en el método llamado espectroscopia gamma.
El diagnóstico médico por imágenes (al interpretar los resultados de una tomografía computarizada, por ejemplo), tal como se deduce de la práctica, se favorece mucho con el efecto Compton ya que, como consecuencia de la dispersión de rayos X que entran en contacto con tejidos biológicos, se pueden crear imágenes detalladas de perfil tridimensional, y en alta resolución, de la densidad y la composición del material analizado.
Quienes se especializan en astrofísica o se dedican a la astronomía de rayos X, en tanto, saben por experiencia el valor de la dispersión Compton de tipo inverso. Gracias al efecto Compton se pueden detectar los rayos gamma que se producen en el espacio a raíz de algún fenómeno astrofísico de alta energía y no alcanzan la superficie de la Tierra.
Y en el sector industrial, la llamada dispersión Compton (que describe un esparcimiento de tipo inelástico de fotones producto de partículas libres que están cargadas) posibilita el examen de materiales con el objetivo de descubrir eventuales defectos por medio de técnicas no destructivas.
Para el diagnóstico por imágenes es sumamente útil el efecto Compton.
Fundamentos teóricos y nociones asociadas
Hay varias nociones asociadas al efecto Compton, un fenómeno caracterizado por radiación dispersada que, en ciertas circunstancias, alcanza una longitud de onda que resulta mayor en relación a la incidente. Esta dispersión que da cuenta de una alteración en la dirección que toman los fotones tras su interacción con los electrones es esencial a la hora de apreciar la dualidad de la luz.
La expresión matemática del corrimiento Compton, indican los expertos en el tema, puede establecerse teniendo en consideración los vínculos de la mecánica relativista y la condición corpuscular de la radiación. En el cálculo no tienen que faltar referencias sobre un fotón, con determinados longitud de onda y momento en dirección a un electrón que se encuentra en reposo. Esta clase de ecuaciones puede ser verificada mediante la ley de conservación del momento.
En la dispersión Compton, clave para la comprensión del carácter dual de la luz, se produce un esparcimiento inelástico.
También es constructivo saber que, tal como sucede al aplicar el efecto fotoeléctrico, el resultado de observar en la práctica el efecto Compton es la obtención de un átomo residual ionizado. Tanto este efecto como el apodado efecto Thomson componen los fenómenos radiación-materia de orden dispersivo más habituales dentro de la naturaleza, pero la dispersión Thomson se considera en un margen por debajo al de la dispersión Compton. Cuando se presenta el caso de una dispersión a energías elevadas de fotones escasamente energéticos por electrones relativistas, en tanto, se habla de efecto Compton inverso o, en inglés, scattering.
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