Sobre o espalhamento Compton inverso

Abstract

O físico Arthur Holly Compton usou a teoria quântica para explicar como se processa o espalhamento de raios X por elétrons, fenômeno conhecido como efeito Compton. Um aspecto interessante do efeito Compton ocorre no caso de colisão frontal entre o fóton e o elétron com o fóton sendo espalhado na direção oposta, caso em que a energia do fóton espalhadoé máxima e pode mesmo ser da ordem de magnitude da energia do elétron incidente. Feixes de fótons produzidos por espalhamento Compton inverso de luz laser por elétrons relativísticos possuem aplicações científicas, tecnológicas, industriais e médicas. Palavras-chave: efeito Compton, espalhamento dos raios X e gama.The physicist Arthur Holly Compton used the quantum theory to explain how the scattering of light quantum by electrons takes place, a phenomenon known as Compton effect. An interesting feature of the Compton effect occurs in a frontal collision between the photon and the electron with the photon being backscattered, in which case the energy of the scattered photon is maximum and can be even of the order of magnitude of the energy of the incident electron. Photon beams produced by inverse Compton scattering of laser light by relativistic electrons have scientific, technological, industrial and medical applications. Keywords: Compton effect, X and gamma rays scattering. IntroduçãoNo período de 1916 a 1922 o físico norte-americano Arthur Holly Compton realizou vários experimentos e formulou várias hipóteses para entender como se processava a interação dos raios X e gama com a matéria [1][2][3][4][5]. Compton descobriu que um feixe de radiação eletromagnética podia ser espalhado ao atravessar um meio formado por elementos leves, tendo a radiação espalhada uma componente de comprimento de onda bem definido e maior do que o comprimento de onda da radiação incidente [5]. Compton ainda observou que a diferença entre o comprimento de onda da radiação espalhada e o da radiação incidente aumenta com oângulo de espalhamento eé constante para todos os materiais espalhadores. Segundo a teoria clássica de ondas a radiação espalhada deveria ter o mesmo comprimento de onda da radiação incidente, assim sendo a explicação para este fenômeno, conhecido mais tarde como efeito Compton, deveria ser conseguida com o auxílio da teoria quântica. Apesar de Compton ter seu nome associado ao surgimento da teoria quântica, ele era um físico clássico por excelência e, ao que tudo indica, relutou muito até propor uma explicação quântica para o efeito que leva o seu nome [6,7]. Neste trabalho vamos discutir o espalhamento Compton no caso particular de colisão frontal entre o fóton (radiação eletromagnética) e o elétron com o fóton sendo espalhado na direção oposta, caso em que a energia do fóton espalhadoé máxima e pode mesmo ser maior que a energia do fóton primário, o chamado efeito Compton inverso. Para colisões com elétrons ultra-relativísticos provenientes de aceleradores o fóton espalhado pode ter energia da ordem de magnitude da energia do elétron incidente. A energia do fóton espa...

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