اثر کومپٹن

طبیعیات (physics) میں اثر کومپٹن (Compton effect، کومپٹن اثر' یا Compton scattering) سے مراد کسی فوٹون کا کسی الیکٹرون سے ٹکرا کر اپنی کچھ توانائی الیکٹرون کو منتقل کر دینا ہے۔ جب ایکس شعاع یا گاما شعاع کا فوٹون کسی الیکٹرون سے ٹکراتا ہے تو اپنی کچھ توانائی کھو دیتا ہے جبکہ الیکٹرون اتنی ہی توانائی حاصل کر لیتا ہے۔ یعنی اس ٹکر کے نتیجے میں ایکس شعاع یا گاما ریز کا تعدد کم ہو جاتا ہے۔ اسے یوں بھی کہہ سکتے ہیں کہ اس ٹکر کے نتیجے میں ایکس شعاع یا گاما شعاع کا طولِ موج بڑھ جاتا ہے کیونکہ تعدد اور طول موج ایک دوسرے کے بالعکس متناسب ہوتے ہیں۔ ایکس شعاع یا گاما شعاع کے فوٹون کی توانائی میں کمی کے باعث یہ ٹکر ایک inelastic scattering ہوتی ہے۔

گریفائیٹ میں کچھ الیکٹرون نہایت کمزور گرفت (bond) سے اپنے مرکزے (nucleus) سے بندھے ہوتے ہیں یعنی تقریباً آزاد ہوتے ہیں۔ آرتھر کومپٹن کو یہ معلوم تھا کہ جب ایکس شعاع گریفائیٹ سے ٹکرا کر منعکس ہوتی ہیں تو ان کا تعدد (اور توانائی) کچھ کم ہو جاتی ہے۔ یہ انعکاس نور کے قوانین کے خلاف تھا۔

اگر روشنی اور دیگر برقناطیسی امواج کو صرف ایک موج ( لہر) مان لیا جائے تو اس امر کی سائنسی وضاحت ممکن نہیں ہے۔ 1923 میں آرتھر ہولی کومپٹن نے پلانک کے مفروضے (Planck’s quantum theory) کے تحت روشنی کو لہر کی بجائے ذرات (photons) سمجھتے ہوئے اس امر کی کامیاب سائنسی وضاحت کی اور 1927 میں طبیعیات کا نوبل انعام حاصل کیا۔

ایک فوٹون جس کا طول موج ${\displaystyle \lambda \,}$ ہے بائیں طرف سے آ کر ایک ساکت الیکٹرون سے ٹکراتا ہے اور دوسری طول موج ${\displaystyle \lambda '\,}$ کے ساتھ زاویہ ${\displaystyle \theta \,}$ پر مڑ جاتا ہے. یہ بالکل ایسا ہے جیسے کہ فرش پر لڑھکتی ہوئی دو گیندیں آپس میں ٹکراتی ہیں اور توانائی اور معیار حرکت کا تبادلہ ہوتا ہے۔

• جب نظر آنے والی روشنی کے فوٹون جیسا ایک کم توانائ کا فوٹون کسی مادے سے ٹکراتا ہے تو ضیا برقی اثر (photoelectric effect) کا عمل نمایاں ہوتا ہے۔ اس عمل میں فوٹون مکمل طور پر غائب ہو جاتا ہے۔
• جب اس سے زیادہ توانائی کا فوٹون کسی مادے سے ٹکراتا ہے تو کومپٹن اثر عمل میں آتا ہے جس میں تصادم کے بعد فوٹون کی سمت بدل جاتی ہے اور اس کی توانائ کم ہونے کی وجہ سے اس کی فریکوئنسی کم ہو جاتی ہے یعنی اس کا طول موج بڑھ جاتا ہے۔ تصادم کے نتیجے میں الیکٹرون بھی اپنی جگہ سے ہل جاتا ہے اور ایک سمت میں حرکت شروع کر دیتا ہے یعنی اب اس میں حرکی توانائی آ جاتی ہے۔ الیکٹرون کی یہ حاصل کردہ توانائی فوٹون کی کم شدہ توانائی کے برابر ہوتی ہے۔ تصادم کے بعد فوٹون کا زاویہ ${\displaystyle \theta \,}$ جتنا زیادہ بڑا ہو گا اتنی ہی زیادہ اس کے تعدد میں کمی ہو گی۔ تصادم سے پہلے اور بعد فوٹون اور الیکٹرون کی کل توانائی، بار (charge) اور معیار حرکت برقرار رہتا ہے یعنی یہ تصادم لچکدار ہوتا ہے۔
• جب بہت زیادہ توانائی کا فوٹون کسی مادے سے ٹکراتا ہے تو جوڑے کی پیدائش (pair production) کا عمل وجود میں آتا ہے جس میں فوٹون فنا ہو جاتا ہے اور ایک الیکٹرون اور پوزیٹرون کا جوڑا وجود میں آ تا ہے۔ اتنی زیادہ توانائی یعنی 1.023MeV صرف گاما ریز کے فوٹون میں ہی ہوتی ہے۔
• جب اس سے بھی زیادہ توانائی کا فوٹون کسی ایٹمی مرکزے سے ٹکراتا ہے تو مرکزہ ٹوٹ سکتا ہے۔ ایسے عمل کو فوٹوڈس انٹیگریشن یا photofission کہتے ہیں۔

جب ایلومینیم پر مختلف توانائی کی گاما ریز (gamma rays) ڈالی جاتی ہیں تو کم توانائی کی شعاعوں سے ضیا برقی اثر نمایاں ہوتا ہے اور بہت زیادہ توانائی کی شعاوں سے جوڑے کی پیدائش کا عمل۔ درمیانی توانائی کی شعاعوں سے اثر کامپٹن زیادہ نمایاں ہوتا ہے۔

اثر کومپٹن Compton effect اور ضیا برقی اثر Photoelectric effect نے طبیعیات دانوں کو یہ ثبوت فراہم کیا کہ روشنی کی نوعیت ذراتی quantum ہوتی ہے۔