En el efecto Compton, ¿por qué hay una distribución continua de longitudes de onda (incluyendo $\lambda$ )en lugar de sólo $\lambda'$ para cada ángulo fijo?

Question

Me explicaron el efecto Compton como una colisión entre un fotón y un electrón que puede considerarse libre. La ecuación es $\lambda' = \lambda + \lambda_c(1-\cos\phi)$

He estado leyendo más sobre el tema y he encontrado las curvas experimentales de intensidad vs longitud de onda. Estoy confundido sobre la interpretación de estas curvas

Para cualquier ángulo fijo (excepto $0$ grados) hay dos picos, el primero correspondiente a la longitud de onda de la radiación incidente, y el otro correspondiente a la radiación dispersa. No sólo eso, sino que hay una distribución continua de longitudes de onda (los puntos negros en las figuras de abajo) en lugar de sólo $\lambda'$ La radiación incidente no debe existir más en el detector (excepto la $\phi =0$ dirección en la que $\lambda=\lambda'$ En cambio, veo todas estas longitudes de onda que deberían corresponder a un fotón de energía diferente, lo que significa que la radiación monocromática original ya no es monocromática después de la interacción. De dónde vienen todos estos fotones adicionales, si la ecuación dice que para un $\phi$ y $\lambda$ , $\lambda'$ está determinada de forma única?

Answer 1

Al dispersarse, el rayo de luz puede interactuar con el material de diferentes maneras:

1. Dispersión Rayleigh: los electrones, que oscilan en la onda EM, irradian la onda con una intensidad proporcional a $\frac{1}{\lambda^4}$ . Esto ocurre cuando la longitud de onda es mayor que el tamaño de un objeto (el electrón es bastante pequeño y normalmente en las demostraciones de los efectos Compton utilizamos luz de rango visible, por lo que se puede pensar que el dispersor es pequeño)
2. Efecto fotoeléctrico: algunos de los fotones pierden energía al desplazar los electrones fuera del núcleo del átomo. La probabilidad de este efecto (y también su sección transversal de radiación) depende en gran medida de $\lambda$
3. Ionización de los átomos: algunos de los fotones de su configuración pueden ser absorbidos por los átomos y luego volver a ser irradiados

Por último, hay muchas contribuciones en la intensidad de la luz dispersa. Cambiando la longitud de onda, hacemos que algunas de las contribuciones sean más probables y significativas. Pero está bien que la intensidad de la luz reflejada cambie continuamente: cuando menos fotones se dispersan en los procesos de Compton, más fotones se dispersan en otro tipo de procesos.