בשביל להסביר את התופעה השתמש קומפטון בשתי התאוריות המהפכניות של אותה התקופה: בתורת הקוונטים שהייתה עוד בחיתוליה ודיברה רק על קוונטים של קרינה אלקטרומגנטית,
ובתורת היחסות הפרטית. מתורת הקוונטים הוא לקח את הרעיון שיש תופעות (כמו האפקט הפוטואלקטרי) שעל מנת להסביר אותן צריך לתאר את הקרינה האלקטרומגנטית כשטף של חלקיקים (פוטונים) שכל אחד מהם פוגע באלקטרון אחד ומעביר לו אנרגיה ותנע. כמו כן הוא השתמש בכך שלכל פוטון יש אנרגיה:
ותנע:
כאשר
מתורת היחסות הוא לקח את הביטוים עבור התנועה של האלקטרון אחרי הפגיעה - מכיוון שהאנרגיה של פוטונים של קרינת X מתקרבת ואף עולה על אנרגיית המנוחה של האלקטרון, הוא מגיע למהירויות בהן יש להשתמש בנוסחאות היחסותיות.
קומפטון כתב את המשוואות שמתארות התנגשות אלסטית בין פוטון לבין אלקטרון חופשי (בעל מסת מנוחה formula_11) שנמצא במנוחה לפני ההתנגשות: משוואה לשימור האנרגיה שנובעת מההנחה של התנגשות אלסטית, ומשוואה לשימור התנע. ממשוואות אלה הוא קיבל את הקשר בין אורך הגל formula_12 שיש לפוטון אחרי ההתנגשות לבין הזווית formula_2 שבין כיוון התנועה החדש שלו לכיוון המקורי:
הצבת הערכים של הקבועים בביטוי :formula_15 נתנה את ההסחה שנמדדה בניסוי. בכך הראה קומפטון שניתן להסביר את התופעה כאוסף של התנגשויות אלסטיות בין פוטונים לאלקטרונים חופשיים במנוחה.
אם מציבים בביטוי במקום את מסת האלקטרון מסה גדולה יותר, ההסחה באורך הגל קטנה יותר. לכן התנגשות בגרעין, כמעט שלא תגרום להסחה באורך הגל, והפוטונים המוסחים מהתנגשות בגרעין יהוו חלק מהשיא הלא מוסח.
הביטוי
מכונה היום אורך גל קומפטון, ויש לו חשיבות מעבר לתופעה של פיזור קומפטון.
כמעט בו זמנית לקומפטון, גם פטר דביי גילה את ההסבר התאורטי לאפקט (המאמר של דביי התפרסם ראשון, אם כי קומפטון שלח את המאמר שלו שבועות ספורים לפני דביי). למשך תקופה מסוימת האפקט נקרא אף "אפקט דביי-קומפטון", אולם דביי התעקש על כך שראוי שהאפקט יקרא על שם קומפטון בלבד שכן הוא עשה את רוב העבודה.
פיזור קומפטון כתופעה של קרני X.
יש כמה סיבות בעטיין פיזור קומפטון מתגלה רק בקרני X, ולא בקרינה אלקטרומגנטית באורכי גל ארוכים יותר כמו אור נראה. הסיבה הראשונה היא, שהתוספת באורך הגל היא משמעותית רק בקרינה בעלת אורך גל קצר. עבור פוטונים של אור נראה, שאורך הגל שלהם נמדד באלפי אנגסטרמים, התוספת של מאיות אנגסטרם אינה משמעותית.
סיבה חשובה נוספת היא ההנחה שהאלקטרונים חופשיים. הנחה זו אינה מדויקת כמעט אף פעם, שכן האלקטרונים בחומר קשורים לאטומים או לפחות לגביש כולו. אבל חוזק הקשר הזה נמדד באלקטרון-וולטים בודדים. כאשר פוטון של קרני X (שהאנרגיה שלו היא מאות אלפי אלקטרון-וולט ויותר) פוגע באלקטרון, אנרגיית הקשר שלו כל כך זניחה שמוצדק להתייחס אליו כאל אלקטרון חופשי. לעומת זאת, לפוטונים של אור נראה יש אנרגיה בסדר הגודל של אנרגיית הקשר, ולכן אי אפשר להתעלם ממנה.
החשיבות ההיסטורית של אפקט קומפטון.
ב-1922, כאשר ארתור קומפטון גילה את אופי ההסחה באורך הגל, ונתן לה את ההסבר הנכון, תורת הקוונטים הייתה בחיתוליה. למעשה, היא הסתכמה בקביעה שקרינה אלקטרומגנטית נפלטת או נבלעת בחומר במנות בדידות של אנרגיה, שכונו קוונטים. המילה "פוטון" הומצאה רק ב-1926. רוב המדענים חשבו שדבר זה לא מעיד כלל על תכונות האור, אלא קורה בגלל התכונות של החומר. אלברט איינשטיין היה כמעט בודד בדעה שהקוונטים של הקרינה הם ממש חלקיקים של אור.
הגילוי של קומפטון היה זה שהיטה את הכף בקרב הקהילה המדעית לטובת קבלת הרעיון שלאור יש גם אופי חלקיקי. אך גם זה לקח מספר שנים. ב-1924, נילס בוהר, שעדיין התנגד בחריפות לרעיון של חלקיקי אור, פרסם עם הנדריק קראמרס וג'ון סלייטר תאוריה (תאוריית BKS) שהסבירה את אפקט קומפטון ללא צורך בהנחה של קיום אופי חלקיקי לקרני ה-X. רק ב-1925, כאשר הוכח בניסויים שערכו ולתר בותה והנס גייגר שהפיזור של הפוטונים אכן מלווה בפליטה בו זמנית של אלקטרונים בכיוון ובתנע המתאימים למה שנחזה בתאוריה של קומפטון (דבר שסתר את התאוריה של בוהר ושותפיו), הרעיון שלקרינה האלקטרומגנטית יש אופי חלקיקי הפך למקובל.
ועדיין, גם כאשר ב-1927 ניתן לקומפטון פרס נובל לפיזיקה, הוא ניתן על "גילוי האפקט הקרוי על שמו", אך לא על ההסבר לו .
אפקט קומפטון ובליעה.
אפקט קומפטון הוא אחד משלוש התופעות העיקריות שתורמות לבליעה של קרני X וקרני גמא בחומר, יחד עם האפקט הפוטואלקטרי ויצירת זוגות. אפקט קומפטון הוא דומיננטי עבור פוטונים עם אנרגיות של כ 0.5 - 5 MeV (דבר זה תלוי גם בסוג החומר, והתחום רחב יותר ככל שהמספר האטומי של הבולע נמוך יותר), בעוד האפקט הפוטואלקטרי דומיננטי באנרגיות נמוכות יותר, ויצירת זוגות באנרגיות גבוהות יותר.
למרות שאפקט קומפטון הוא בעקרון אפקט של פיזור ולא של בליעה (והיה יותר נכון להשתמש במושג ניחות), הוא נחשב כתורם לבליעה. זאת משתי סיבות: כאשר מדובר בקרן מרוכזת, הוא מוציא את הפוטון מהקרן והיא לא מגיעה לגלאי; הפוטונים המפוזרים הם בעלי אנרגיה נמוכה יותר, וככל שהאנרגיה נמוכה יותר עולה הסיכוי לעבור פיזורי קומפטון נוספים, או בליעה פוטואלקטרית, כך שאירוע שמתחיל בפיזור מסתיים בבליעה.
אפקט קומפטון הפוך.
ייתכן מצב בו פוטון מתנגש באלקטרון שאינו נמצא במנוחה, אלא הוא בתנועה במהירויות גבוהות. במקרה כזה יכול להתרחש "אפקט קומפטון הפוך" בו דווקא הפוטון יקבל אנרגיה מההתנגשות ואורך הגל שלו יתקצר. תופעה זו הרבה יותר נדירה, אך היא יכולה להשפיע על ספקטרום הקרינה הנפלט מחורים שחורים, ואף על ספקטרום קרינת הרקע הקוסמית.
מיק הארווי
מיק הארווי (באנגלית: Michael John "Mick" Harvey) (נולד ב-29 בספטמבר 1958), הוא סופר אינסטרומנטליסט, מלחין, מעבד מוזיקלי ומפיק מוזיקלי. מיק הארווי ידוע בעיקר כאיש "הזרעים הרעים", להקתו של הזמר ניק קייב.
ביוגרפיה.
הארווי נולד בעיירה רושסטר במדינת ויקטוריה שבאוסטרליה, וגר סמוך לכנסייה שבה שימש אביו ככומר הכנסייה האנגלית. בגיל צעיר, עבר עם משפחתו להתגורר בפרבר בעיר מלבורן. מגיל צעיר שר במקהלת הכנסייה וכמו אחיו הגדול פיליפ וכן אחיו הקטן סבסטיאן, הוא נשלח ללמוד בבית הספר הפרטי, שבשעתו היה לבנים בלבד, קאולפילד, שבמלבורן. שם בתחילת שנות השבעים פגש את ניק קייב, טרייסי פו ופיל קלברט. יחד עם ניק קייב (שירה), ופיל קלברט (תופים) וסטודנטים נוספים בגיטרה באס וחצוצרה, הוא הקים להקה שניגנה קאוורים לשירים של לו ריד, דייוויד בואי, רוקסי מיוזיק, אליס קופר, אלכס הארווי ועוד. הוא ניגן גיטרה ובמקביל למד אצל גיטריסט הג'אז, ברוס קלארק, והמשיך לשמש כנער מקהלה בכנסייה.
בתום לימודיהם בשנת 1975 צירפה הלהקה את טרייסי פו (גיטרה באס) והחליטה להמשיך תחת השם "The Boys Next Door". שנת 1976 הייתה שנה חשובה בסצנת הפאנק באוסטרליה והשפעתה ניכרת על הלהקה שהתחילה לנגן חומר מקורי בסגנון פאנק וניו וייב. נגינת הגיטרה של הארווי הייתה בסגנון חופשי, מלוכלך, מושפע מג'יימס ויליאמסון, גיטריסט ה"סטוג'ס", ופול וולר, איש "הג'אם". בשנים 1977–1978 הרבתה הלהקה להופיע בפאבים מקומיים. ב-1978 הצטרף אל הלהקה הגיטריסט, כותב והזמר רולנד ס. הווארד שהוסיף סאונד גיטרה ייחודי, כאוטי ומלוכלך. וכתב כמה שירים, שהיפה, המוצלח והשונה בהם, שאף הפך לשיר המזוהה ביותר עם ניק קייב מתקופה רחוקה זו בקריירה שלו, "Shivers".
הלהקה הקליטה והוציאה אלבום אחד בשם "Door Door", ולאחר הצלחה פושרת בלבד באוסטרליה החליטה ב-1980 לעבור ללונדון. שם שינתה הלהקה את שמה ל-"The Birthday Party", ועתה המוזיקה שיצרה הייתה אגרסיבית מאוד ונחשבה חדשנית בשעתה, דבר שתרם להצלחתה. הפאנק שלה אופיין בשירתו ובקולו המיוחד והמיוסר של ניק קייב (שצרח לא מעט), בבאס חזק ובגיטרות אנרגטיות במיוחד. ב-1981 יצא אלבומם הראשון בשם "תפילות תחת אש", (Prayers On Fire). מיק הארווי הלחין לא מעט שירים ללהקה, אך הכתיבה וההלחנה העיקרית הייתה של ניק קייב ורולנד ס. הווארד. סמוך ליציאת אלבומם השני, "Junkyard", ב-1982 עברה הלהקה למערב ברלין ללא המתופף, פיל קלברט. הארווי תפס את עמדת המתופף, אך בהקלטות המשיך לנגן בין היתר על גיטרות, קלידים, גיטרה באס, סקסופון וכלי הקשה נוספים.
ב-1983, לאחר הקלטת שני E.P.s (מיני-אלבום), החליטה הלהקה להתפרק. הארווי החליט להישאר בברלין. הוא יצר קשר עם חברו סיימון בוני, ויחד איתו הקים מחדש את להקתו האוסטרלית של בוני Crime and The City Solution, שם שימש הארווי לסירוגין כמתופף וגיטריסט. רולנד ס. הווארד הקים את להקתו These Immortal Souls בה ניגן הארווי גיטרה ופסנתר בימיה המוקדמים של הלהקה. במקביל הקימו, ניק קייב ומיק הארווי, את "ניק קייב והזרעים הרעים", ההרכב שעתיד להיות המשפיע, המגוון והוותיק ביותר מבין אותם הרכבים שצמחו מפירוקה של ה-Birthday Party. היום, אחרי קריירה ארוכה, פורה ומצליחה, ואחרי שמרגע היווסדו ניקז אל שורותיו מוזיקאים ייחודיים מכל העולם, ואף הצמיח במסגרתו אומנים חדשים ופרויקטים רבים, פעיל ההרכב עד היום. מיק הארווי (להוציא את ניק קייב) הוא הוותיק ביותר בהרכב זה.
הפקה ושיתופי פעולה.
מיק הארווי הרבה להשתתף בפרויקטים רבים, כתיבת פסי-קול, השתתפות באלבומים של להקות וזמרים הן כמוזיקאי אורח או חבר קבוע והן כמפיק מוזיקלי ולא פעם אף שניהם ביחד. הבולטים בין הפסקולים: ב-1990 כתב יחד עם ניק קייב ובליקסה ברגלד את פסקול הסרט "Ghosts... Of The Civil Dead".