Arthur Holly Compton
von Christof FlachsmannEr wurde in Wooster, Ohio am 10. September 1892 geboren. Sein Vater Elias Compton war Professor der Philosophie an der dortigen Universität.
Hier studierte auch Arthur Compton und graduierte 1913. Anschließend ging er an die Universität von Princton und erhielt 1916 den Doktortitel. Das nächste Jahr war er als Professor an der University of Minnesota und dann als Entwickliungsingenieur im Forschungslabor bei der Westinghouse Lamp company tätig. 1920 folgte er einem Ruf an die Washington-University in St. Louis. 1922 entdeckte er den nach ihm benannten Compton-Effekt, für den er 1927 den Nobelpreis erhielt. Er teilte ihn sich mit Charles Thomson Rees Wilson (1869-1959), Großbritannien.
Von 1923 bis 1945 war er Professor an der University of Chicago. Er war Präsident der American Physical Society (1934), der American Association of Scientific Workers (1939-40) und der American Association for the Advancement of Science (1942). 1945 kehrte er als Kanzler zurück nach St. Louis und war bis zu seiner Emeritierung 1961 an der dortigen Washington-University tätig.
Während des zweiten Weltkrieges war er Direktor des Metallurgical Atomic Projekt und leitete von 1942 bis 1945 beim Manhatten-Projekt zum Bau der Atombombe die mengenmäßige Herstellung von Plutonium.
Er hat unter der Leitung von Fermi bei der erstmaligen Verwirklichung einer sich selbst aufrechterhaltenen Kettenreaktion mitgewirkt.
Sein Hauptarbeitsgebiet war die Untersuchung der kosmischen Strahlen, sowie die Reflexion, Polarisation und Spektren der Röntgenstrahlung.
Er verstarb am 15. März 1962 in Berkley, Kalifornien.
Compton-Effekt:
Der Compton-Effekt ist die elastische Streuung eines Photons an einem freien, ruhenden Elektron. Dabei tauschen die Reaktionspartner Impuls und Energie gemäß den Erhaltungssätzen aus.
Wie bei Streuprozessen üblich, wird die Wahrscheinlichkeit für die Streuung durch den differentiellen Wirkungsquerschnitt ausgedrückt. Die Messung dieser Größe und der Vergleich mit vorhergesagten Werten ist der Prüfstein für die Theorie des Streuprozesses.
Der Nachweis dieses fundamentalen Prozesses der elektromagnetischen Wechselwirkung (1921) ist eins der wichtigsten Experimente der Quantenphysik. Die theoretische Berechnung des Wirkungsquerschnitts für die Comptonstreuung (1929) gehört zu den ersten Erfolgen der relativistischen Quantentheorie.
Die Comptonstreuung ist aber auch praktisch sehr wichtig. In Materialien mit kleiner Ordnungszahl ist sie der wahrscheinlichste Prozeß, mit dem ein Photon (Röntgen-oder Gammaquant) Energie auf ein Elektron übertragen kann. Das "Compton-Elektron" regt bei seiner Abbremsung im Material die Atome an oder ionisiert sie. Es wirkt also als Zwischenträger, über den das Photon Energie an das Medium abgibt.
Man nutzt dies in der Physik z.B. bei Detektoren für energiereiche Photonen aus. Das größte praktische Anwendungsgebiet der Comptonstreuung ist aber die medizinische Therapie mit Röntgen- oder Gammastrahlung. Sie beruht auf der biologischen Wirkung der Compton-Elektronen. Auch die umstrittene Konservierung von Lebensmitteln mit Gammastrahlung funktioniert nach diesem Prinzip.
Schematische Versuchsanordnung:
Dazu strahlte er paralleles Röntgenlicht aus einer Röntgenquelle R der Frequenz ν auf den Streukörper S und untersuchte in Abhängigkeit vom Streuwinkel φ die Intensität I und Frequenz ν des gestreuten Lichts.|
Klassische Erwartung |
Experimentelles Ergebnis |
|
I
= I0
∀ φ |
I
= I(φ) |
Das Ergebnis der Versuche (Intensität und Frequenz des gestreuten Lichtes sind abhängig vom Streuwinkel) widersprach den Erwartungen (Intensität und Frequenz sind für jeden Streuwinkel konstant) und konnte mit den klassischen Ansätzen der Physik nicht erklärt werden.
1700 - 1799
1800 - 1849
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1900 - 1950
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