光子與電子碰撞有什麼後果 ?

mca

光子的能量由普朗克定律決定 (波長越短，能量越高)，電子的能量由它的運動速度決定，當兩者碰撞時，雙方可以交換能量，移動方向亦會改變，情況好像桌球遊戲。

圖一



如果是高能光子 (X 射線、伽傌射線等)，它們撞向電子群時會被電子散射，稱 "康普頓散射" (Compton scattering) 或康普頓效應，這些光子會把部份能量轉移給電子，結果光子的能量減弱，相應波長卻增加了。 康普頓散射往往被利用來探測伽傌射線 ----- 先把入射的伽傌射線轉弱為 X 射線，再用傳統的 "正比計數器" (proportional counter) 量度 X 射線的能量。

圖二



如果光子的能量偏低 (例如是毫米級波長的微波) 而電子又在高速運動的話，兩者碰撞後，電子會把部份能量轉移給光子，結果光子的能量增強，相應波長亦會縮短，這種效應稱為  "逆康普頓散射" (Inverse Compton scattering)，一些星系團都是利用逆康普頓散射而發現的 (圖三)。微波光子通過星系團而出現波長縮短的現象稱為 SZ 效應 (Sunyaev - Zel'dovich effect)。

圖三



去年在銀河系發現的 偶極伽傌射線泡 (圖四) 也是由 "逆康普頓散射" 造成的，初步懷疑：  數百萬年前在銀心的特大質量黑洞突然爆發 (吞食隣近物質)，從銀心南北方向噴出兩道氣流，宇宙背景的微波光子吸收了氣流內高速電子的部份能量，結果光子增強為伽傌射線，形成今天所見的偶極伽傌射線泡，消息見 http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/new-structure.html

圖四

iheby

理論天文組:Sunyaev-Zeldovich效應