El efecto de Compton

También hay ciertas preguntas para la teoría del efecto Compton, en particular, para la interpretación de dos hechos clave de la curva experimental: 1) para la dispersion en los electrones libres en reposo; 2) para la declaración de la existencia de electrones fuertemente (?) enlazados en presencia rayos $X$ duros de energías mayores a 1 Mev (¡?). Para el primer hecho hay que prestar atención a lo siguiente. En primer lugar, a temperaturas reales la probabilidad incluso de que un electrón libre posea un velocidad nula es cero y hay que analizar el movimiento arbitrario de los electrones (la distribución real). En particular, el pico debe tener relación no con la velocidad nula sino con la más probable (en el átomo, con la velocidad de los electrones enlazados con aquel, la cual es bastante grande). En segundo lugar, sería interezante confirmar el efecto sobre los haces electrónicos de forma independiente para tres magnitudes (balance completo): para los ángulos, las energías y la cantidad de partículas. Respecto al segundo hecho aclaremos que para tales energías anunciadas es extraño que no se desprenda cualquier electrón (incluso interior). Es posible que el efecto de Compton (como el efecto de M”ssbauer) deba analizarse para los cuerpos (o átomos) como un todo a partir de ciertas condiciones de resonancia (con la consideración de mecanísmos concretos de absorción y emisión en el átomo). Pero de cualquier modo permanece la indeterminación del efecto del movimiento de los electrones en los átomos y del efecto de la temperatura sobre las tres magnitudes medidas en un sólo (!) experimento.

Pareciera que para las interacciones electromagnéticas debería haber menos razones para dudar de la ecuación relativista de movimiento

$${d{\bf P}\over dt} = e{\bf E} + {e\over c}[{\bf v}\times {\bf B}]$$

y, como consecuencia, de la aplicabilidad de las leyes relativistas de conservación para el proceso de colisión. Aun así, haremos una serie de aclaraciones ulteriores sobre la fundamentación de la descripción relativista del efecto Compton. Arriba ya se vió una serie de indeterminaciones para la colisión de las bolas, análoga al modelo "de billar" de Compton. Analizaremos los experimentos expuestos en los libros de texto estándar, por ejemplo [27,30,40]. Notemos que siel tiempo de coincidencia de los momentos del registro de los cuantos $\gamma$ y de los electrones $\Delta t > 10^{-20}$ segundos, entonces los experimentos no sólo no demuestran la simultaneidad de la emisión de las partículas sino que tampoco permiten contraponer unívocamente las partículas con algún acto de dispersión. Tal exactitud se encuentra fuera del alcance incluso de las posibilidades actuales (es decir, por ahora esto es una cuestión de "fe" y la estadística no puede ayudar aquí).

Llamar libres a los electrones que participan en la dispersión es metódicamente erróneo, ya que su número debe ser constante en el experimento. Empero, toca considerar que este numero es diferente dependiendo del ángulo de dispersión, y para un ángulo lo suficientemente pqueño de dispersión todos los electrones son enlazados. En realidad todos los electrones participan en la transmisión del impulso a consecuencia de su movimiento en el átomo y le quitan al cuanto $\gamma$ parte de su energía ya que en el sistema átomico tales electrónes estaban enlazados.

Hay una serie de momentos que no son evidentes en la teoría del efecto Compton. Por ejemplo, ¿cuál es el papel de la dispersión sobre partículas más grandes que el electrón, los núcleos (o sea, es posible la interferencia y su efecto a causa de la radiación dispersada por los núcleos)? ¿Por qué en el experimento con el litio está ausente la linea no desfazada (Comptnon, By) durante la dispersión por el núcleo, si ella debería existir siempre? ¿Por qué para para todas las sustancias existe no un sólo pico de desfase sino dos, ubicados de forma casi simétrica respecto a la línea original?

Además, todas las trazas no se visualizan como en la teoría ideal sino que sólo se restituyen con ayuda de medios auxiliares e interpretaciones, es decir, al comprobar las leyes de conservación tenemos que ver con hipótesis estadísticas. En los experimentos no hay evaluaciones de la probabilidad de las dispersiones dobles en la muestra, aunque una puede tener una magnitud notable, y en ningún lugar se evalúa el papel de la dispersión múltiple del "fondo" en todas las partes del dispositivo experimental. La exactitud de los experimentos incluso por la definición de la sección de dispersión no es muy alta $\sim 10 \%$ (¡y esta es una exactitud estadística!) Además se eligen los casos más presentables (favorables para la teoría). Por ejemplo, en el experimento de Krein, Hertner y Turin de 10000 fotografías se seleccionaron 300 casos (¿no son pocos?) y se declaró la coincidencia de los datos para la sección de dispersión con la fórmula de Klein-Nishina-Tamm. En el caso de grandes grosores de las muestras (Colraush, Compton, Chao) en obvio que hay que considerar el efecto de las dispersiones dobles. Es análogamente obvio del esquema del experimento, que en el experimento de Stsepesi y Bea la cantidad de dispersiones dobles es del mismo órden que las simples. Sin que se considere este hecho, la exactitud anunciada en $17\%$ es bantante dudosa. Provoca desconcierto el que en el experimento de Hofschtadter se hagan correciones declarativas (ajustes) a consecuencia del efecto de diferentes factores. Aquí, después de todas las correciones (¡hasta $30\%$ ajustes!) se declara la exactitud $15\%$.

En realidad, en todos los experimentos se destacan no las direcciones de vuelo después del rebote sino que se fija la caida en determinado lugar del espacio. Consecuentemente la confirmación de las interpretaciones de la TER mediante los experimentos es bastante cuestionable. Por ejemplo, en el experimento de Cross y Ramsey casi la mitad de los puntos con la consideración de los límites permitidos anunciados cae fuera de la curva teórica. Atrae la atención el hecho de que al sacar el aparato registrador del plano de dispersión el número de coincidencias en los actos de dispersión permanece considerable: supera más de tres veces el valor de fondo. También es bastante extraño comparar el experimento de Skobeltsin con la teoría utilizando la relación de la cantidad de partículas dispersadas en diferentes ángulos $N_{0^{\circ}}^{10^{\circ}}/N_{10^{\circ}}^{20^{\circ}}$. Pues cada una de estas magnitudes (y el numerador y el denominador por separado) es una cierta magnitud promediada (efectiva). ¿Y cómo se puede en forma general, sin recurrir a la teoría de las fluctuaciones, cotejar la relación de valores medios (los dos experimentos) con la relación de las verdaderas magnitudes (la teoría)?

Para una fundamentación teórica completa del efecto Compton es necesario no un colimador para las partículas incidentes sino tres colimadores para diferenciar además cada uno de los típos de partículas dispersadas por direcciones angostas. Hacen falta también absorbentes que quiten el fondo. Entonces quedará "sólamente" el problema de la filtración de todas las partículas según sus energías. De este modo, incluso tal efecto puramente relativista en apariencia como el efecto Compton no está completamente comprobado de forma experimental.