在考虑到量子力学与 狭义相对论 为前提下,康普顿波长被认为是测量粒子位置的基本限制。其大小取决于该粒子的质量m。
简介
在考虑到量子力学与狭义相对论为前提下, 康普顿波长 被认为是测量粒子位置的基本限制。
其大小取决于该粒子的质量 。现举一例子说明这个,设用反射回来的光去量度粒子的位置──但要准确地量度位置需要波长短的光。波长短的光是由高能量光子所组成的。若这些光子的能量超过 当击中被量度位置的粒子时,其撞击所产生的能量可能会足够产生同类型的粒子。这使得粒子的原位置这个问题变得毫无意义。
此论点同时亦表明了康普顿波长是 量子场论 ──可用于描述粒子的生成或 湮灭 ──需要被重视的长度上限。
我们可以用以下方法将上述论点变得更精确一点。设要量度粒子的位置至一准确度 。则其位置及 动量 的不确定性关系式为 所以粒子动量的不确定性符合: 使用 相对性原理 中的动量与能量,当 大于 时能量的不确定性比 要大,会有足够的能量生成出一个同类型的粒子。所以运用一点 代数 ,可见存在一基础上限
所以至少在大约一倍大小以内,粒子位置的不确定性一定要比康普顿波长 为大。
康普顿波长能够与 路易·德布罗意 波长作对比;后者大小视粒子的 动量 而定,它同时也决定量子力学中粒子的粒性及波性的分界线。
对费米子而言,其康普顿波长决定了相互作用的反应截面积。例如,对一从电子来的光子而言,其 汤姆孙散射 反应截面积等于 其中 为精细结构常数, 为电子的康普顿波长。而规范场玻色子而言,其康普顿波长决定了汤川相互作用的有效范围:由于光子无质量,电磁的作用距离为无限。
电子的康普顿波长一组三个互相关连的长度单位中的一个,另外两个是玻尔半径 及经典电子半径。康普顿波长是由电子质量 ,普朗克常数 及 光速 构建的。而玻尔半径则是由 及电子电荷 所构建。经典电子半径就由 及 构建。这三种长度中的任何一种都能够被写成另外两种长度及精细结构常数的 倍数 : 普朗克质量的特殊在于它跟 及这类因数没有关系,这个质量的 康普顿 波长相等于其 史瓦西半径 。由此而得的特殊长度被称为普朗克长度。从简易的量纲分析可得:史瓦西半径与质量成正比,而康普顿波长与质量成反比。
定义
粒子的 康普顿波长 ( Compton wavelength )λ,其关系式如下:
其中 为普朗克常数, 为 粒子的质量, 为 光速 。
定义 约化康普顿波长 为 根据CODATA2014的数值,电子的 康普顿波长 是 。不同的粒子,有不同的 康普顿波长。
相关条目
• 康普顿 散射
• 路易·德布罗意 假说