De acordo com a teoria ondulatória, tal conceito era dado como certo, pois a frequência de uma onda não é alterada por nenhum fenômeno que ocorre com ela, sendo característica da fonte que a produz. Mas o que se constatou, através da experimentação, foi que a frequência dos raios X espalhados era sempre menor do que a frequência dos raios X incidentes, dependendo do ângulo de desvio. A figura abaixo nos mostra o esquema da ocorrência desse fenômeno, conhecido como Efeito Compton.
Para explicar o sucedido, Compton inspirou-se na abordagem de Einstein, ou seja, ele interpretou os raios X como sendo feixes de partículas e a interação como sendo uma colisão de partículas. A energia do fóton incidente, de acordo com Einstein e Planck, seria h.f; e o fóton espalhado teria elétron, em respeito à lei da conservação da energia.
A abordagem funcionou perfeitamente, mas Compton foi ainda mais longe. Ele investigou também a interação do ponto de vista da lei da conservação do momento linear. Experimentalmente, verificou que essa lei valia para diversos ângulos de espalhamento, desde que o momento linear do fóton fosse definido como
Onde:
- c – é a velocidade da luz no vácuo
- h – é a constante de Planck
- λ – é o comprimento de onda da radiação
O inventor da Câmara de Nuvens (Charles Wilson) obteve experimentalmente as trajetórias dos fótons e dos elétrons espalhados, em colaboração com Compton. Duas características são notáveis na expressão acima: uma é a própria redefinição do momento linear, que não pode ser escrito como m.v, porque o fóton não tem massa; e a outra característica que pode ser observada é o estabelecimento de uma clara associação entre uma grandeza típica de corpúsculos, isto é, a matéria, e uma grandeza caracteristicamente ondulatória.
Compton ainda desenvolveu um método que provava que o fóton e o elétron eram espalhados simultaneamente, o que impedia explicações envolvendo absorção e posterior emissão de radiação.
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