Rumus Klein–Nishina

Rumus Klein–Nishina adalah rumus yang menentukan distribusi sudut foton yang tersebar pada partikel statis dan bermuatan (hamburan Compton). Rumus Klein–Nishina memberikan penampang lintang diferensial dari foton yang tersebar dari bebas tunggal elektron dalam rangka terendah elektrodinamika kuantum. Pada frekuensi rendah (misalnya, cahaya) ini menghasilkan hamburan Thomson; pada frekuensi yang lebih tinggi (misalnya, sinar-x dan sinar gamma) ini menghasilkan hamburan Compton.

Untuk insiden energi foton yang tidak terpolarisasi , penampang diferensial adalah:

 

dimana  adalah penampang diferensial,  adalah elemen sudut padat yang sangat kecil,  adalah konstanta struktur halus (~ 1/137,04),  adalah sudut hamburan;  adalah panjang gelombang Compton yang "tereduksi" dari elektron (~ 0,38616 pm);  adalah massa elektron (~511 ke V); dan  adalah rasio energi foton setelah dan sebelum tumbukan:

 

Perhatikan bahwa hasil ini juga dapat dinyatakan dalam jari-jari elektron klasik :

 

Meskipun kuantitas klasik ini tidak terlalu relevan dalam elektrodinamika kuantum, mudah untuk dipahami: ke arah depan (untuk  ~ 0), foton menghamburkan elektron seolah-olah elektron itu ada  (~2.8179 fm) dalam dimensi linier, dan  (~ 7.9406x10−30 m2 atau 79.406 mb) dalam ukuran.

Jika foton yang masuk terpolarisasi, foton yang tersebar tidak lagi isotropik sehubungan dengan sudut azimut. Untuk foton terpolarisasi linier yang tersebar dengan elektron bebas diam, penampang diferensial diberikan oleh:

 

dimana  adalah sudut hamburan azimut. Perhatikan bahwa penampang diferensial yang tidak terpolarisasi dapat diperoleh dengan melakukan rata-rata .

Rumus Klein–Nishina diturunkan pada tahun 1928 oleh Oskar Klein dan Yoshio Nishina, dan merupakan salah satu hasil pertama yang diperoleh dari studi elektrodinamika kuantum. Pertimbangan efek mekanis relativistik dan kuantum memungkinkan pengembangan persamaan yang akurat untuk hamburan radiasi dari elektron target. Sebelum penurunan ini, penampang elektron secara klasik diturunkan oleh fisikawan Inggris dan penemu elektron, JJ Thomson. Namun, percobaan hamburan menunjukkan penyimpangan yang signifikan dari hasil yang diprediksi oleh penampang Thomson. Eksperimen hamburan lebih lanjut sesuai dengan prediksi rumus Klein-Nishina.

Perhatikan bahwa jika , 
 dan rumus Klein–Nishina tereduksi menjadi ekspresi Thomson klasik.

Energi akhir dari foton yang tersebar, , hanya bergantung pada sudut hamburan dan energi foton asli, sehingga dapat dihitung tanpa menggunakan rumus Klein–Nishina:

Lihat juga 

 Radiasi sinkrotron
 Yoshio Nishina
 Oskar Klein

Referensi

Bacaan lanjut 

 
 
 

Elektrodinamika kuantum
Fisika