Arthur Holly Compton

Arthur Holly Compton (født 10. september 1892 i Wooster i Ohio, død 15. mars 1962 i Berkeley i California) var en amerikansk fysiker. Han ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 1927 for oppdagelsen av Compton-effekten som var det avgjørende, eksperimentelle bevis for at fotonet kunne beskrives som en partikkel med en bestemt energi og impuls. Dette var tidligere foreslått av Albert Einstein basert på teoretiske betraktninger. Compton delte prisen med C.T.R. Wilson, som fikk den for hans metode å gjøre banene til elektrisk ladede partikler synlige ved hjelp av kondensasjon av damp.

Compton fikk en PhD doktorgrad ved Princeton University i 1916 basert på et arbeid om eksperimentell bestemmelse av elektronfordelingen i atomer ved spredning av røntgenstråler. Etter et år som lærer i fysikk ved University of Minnesota, ble han ansatt ved Westinghouse Lamp Company  hvor han var frem til 1919. Da mottok han et stipendium som gjorde det mulig for han å studere i utlandet. På den måten kunne han det følgende året arbeide ved Cavendish Laboratory tilknyttet Cambridge University i England. På den tiden var dette det ledende laboratorium innen atomfysikk og kjernefysikk i verden. Der arbeidet han sammen med George Paget Thomson og undersøkte spredning og absorpsjon av gammastråling i forskjellige materialer. I perioden 1920–23 var han professor ved Washington University i St. Louis og leder for fysikkavdelingen. Fra 1923 var han tilsatt ved University of Chicago hvor han overtok den ledige stillingen etter Robert Millikan. Han ble der til 1945 da han dro tilbake til Washington University hvor han var utnevnt til rektor (Chancellor).

Arthur Compton hadde en eldre bror, Karl Compton som også var fysiker. Han var president ved Massachusetts Institute of Technology fra 1930 til 1948 og spilte en viktig rolle i amerikansk, militær forskningspolitikk under andre verdenskrig.

Vitenskapelige bidrag 

Compton utførte betydelige arbeider innen en mange områder av fysikken, først og fremst ved bruk av røntgenstråling og gammastråling. Under oppholdet i England 1919-1920 hadde han gjort målinger som indikerte at den spredte strålingen var mindre hard enn den innkommende, det vil si at den inneholdt lengre bølgelengder. Ifølge den etablerte teorien til  J.J. Thomson skulle det ikke skje noen forandring av bølgelengden ved en slik spredningsprosess. For de avgjørende målingene benyttet han  monokromatisk, innfallende røntgenstråling og et spektrometer for å måle bølgelengden til den spredte strålingen. I siste halvdel av 1922 måtte han konkludere at den spredte strålingen virkelig hadde en lengre bølgelengde. Denne effekten ble større desto større spredninsgvinkelen var. I tillegg var den uavhengig av materialet som røntgenstrålingen ble spredt mot. Dette var umulig å forklare med klassisk fysikk. 

Men Compton viste at ved å beskrive strålingen som bestående av fotoner som foreslått av Einstein, fikk hans observasjoner en enkel forklaring. Et foton vil da bruke all sin energi i en kollisjon med et elektron i materialet. Elektronet blir da slått til siden, mens fotonet blir spredt  til motsatt side etter å ha tapt noe av sin energi i kollisjonen. Det har derfor fått en større bølgelengde. Dette bli i 1923 kjent som Compton-effekten og ble i 1927 belønnet med Nobelprisen i fysikk. 

Compton hadde da i mellomtiden eksperimentelt også påvist elektronet som blir slått til siden i spredningsprosessen og at det kommer samtidig med det spredte fotonet i beregnet riktig retning. Disse rekylelektronene kunne også gjøres direkte synlige i et tåkekammer av den typen som ble først konstruert av C.T.R. Wilson.

Andre arbeid med røntgenstråling 
Allerede mens Compton var ansatt ved Washington University hadde han gjort den viktige oppdagelsen at røntgenstråling kunne bli totalreflektert fra speil laget av glass eller sølv når det treffer speilet nesten parallelt med overflaten. Dette forklares med at brytningsindeksen for elektromagnetisk stråling med disse bølgelengdene er litt mindre enn en, mens den for synlig lys er større enn en. Samtidig viser denne effekten at røntgenstrålingen i denne sammenhengen må beskrives som bølger, og ikke partikler. 

Disse observasjonene ble utvidet i Comptons gruppe i Chigago til å lage strekgitter med så liten gitteravstand at man kunne observere diffraksjon av røntgenstrålingen. Siden gitteravstanden på den måten var kjent, tillot dette meget presise målinger av bølgelengdene for strålingen. Ved å sammenligne med tilsvarende diffrakson fra krystallgitter, kunne man bestemme nøyaktigere enn tidligere gitteravstander i krystaller. Dette ga en mer presis verdi for Avogadros konstant. Kombinerte med den kjente verdien for Faradays konstant, kunne dermed Compton gi en mer nøyaktig verdi for elektronets ladning enn den som tidligere Millikan hadde målt i sitt berømte oljedråpeeksperiment.

Kosmisk stråling 

Fra begynnelsen av 30-tallet samlet Comptons forskningsinteresse seg mer og mer omkring egenskapene til kosmisk stråling. På sine mange reiser omkring i verden samlet han inn data om strålingsintensiteten og konkluderte etterhvert med at den økte med breddegraden, det vil si mot polene. Dette forklarte han med at strålingen for en stor del bestod av elektrisk ladete partikler som ble påvirket av Jordens magnetfelt. En slik konklusjon var i motstrid med det mer dominerende syn forfektet bl.a. av Robert Millikan som hevdet at strålingen primært var av elektromagnetisk natur. Senere har det vist seg at Compton hadde rett.

Romobservatoriet Compton Gamma Ray Observatory som kom i bane om Jorden i 1991, skulle måle intensiteten og spekteret av gammastrålingen fra verdensrommet og var oppkalt etter Compton. Måleinstrumentene ombord gjorde bruk av Compton-effekten.

Kjernefysisk fisjon 
Allerede i 1940 etter utbruddet av andre verdenskrig hadde Compton begynte å tenke på den rolle som fisjon av uran kunne få militært. Han kom tidlig med i de første forberedelser til Manhattanprosjektet og gikk inn for at den første atomreaktor skulle bygges ved University of Chicago. Under ledelse av Enrico Fermi ble denne bygget opp med grafitt som nøytronmoderator. Reaktoren gikk kritisk 2. desember, 1942. Gruppen til Compton fikk ansvaret for å undersøke muligheten for å produsere plutonium i reaktorer til bruk i en fremtidig atombombe. På grunn av hemmelighold, ble dette prosjektet kalt for arbeid ved det Metallurgiske Laboratorium. 

Compton var personlig kristen og fikk i denne perioden med utvikling av masseutryddelsesvåpen problemer med sin samvittighet og tro. Dette ble spesielt vanskelig for han etter at to bomber ble brukt i krigen mot Japan i august, 1945.

Priser (utvalg) 
 1927 – Nobelprisen i fysikk
 1940 – Hughesmedaljen
 1954 - Pour le Mérite für Wissenschaften und Künste

Referanser

Kilder 
 Robert  S. Shankland (ed.), Scientific Papers of Arthur Holly Compton, University of Chicago Press, Chicago (1973). ISBN 0-226-11430-9
 Roger H. Stuewer, The Compton Effect: Turning Point in Physics, Science History Publications, New York  (1975). ISBN 0-882-02012-9

Eksterne lenker 
 Samuel K. Alison, Biographical Memoir , National Academy of Sciences, Washinton D.C. (1965).
 Arthur H. Compton, Biografi, Nobel-pris i fysikk (1927).
 Arthur H. Compton,  Forelesning, Nobel-pris i fysikk (1927).
 Arthur H. Compton, 1892 - 1962, American Institute of Physics, History Program.

Fysikere fra USA
Nobelprisvinnere fra USA
Nobelprisvinnere (fysikk)
Nobelprismottakere i 1927
Personer tilknyttet Manhattanprosjektet
Pour le Mérite
Personer fra Wooster i Ohio
Fødsler i 1892
Dødsfall i 1962