compton

Arthur Holly Compton (1892 – 1962)

A. SEJARAH HIDUP
Arthur Holly Compton lahir di Wooster, Ohio, Amerika Serikat pada 10 September 1892, putra Elias Compton, Profesor Filsafat dan Dekan di College of Wooster. Dia menempuh pendidikan di Wooster College, lulus Bachelor of Science pada tahun 1913. Lalu menghabiskan tiga tahun studi pascasarjana di Princeton University, -menerima gelar MA nya pada tahun 1914 dan Ph.D. tahun 1916. Pada tahun yang sama (1916), ia menikah dengan Betty Charity McCloskey dan mereka dikaruniai 4 orang putra.
Menghabiskan satu tahun sebagai dosen fisika di University of Minnesota, tahun 1917 ia mengambil posisi sebagai insinyur riset dengan Perusahaan Lampu Westinghouse di Pittsburgh hingga 1919. Setelah itu ia belajar di Cambridge University sebagai Anggota Dewan Penelitian Nasional dan menjadi salah satu mahasiswa Rutherford. Pada tahun 1920, ia diangkat sebagai Profesor Fisika, dan Kepala Departemen Fisika di Universitas Washington, St Louis, Saat bekerja di Universitas Washington, St Louis, ia menemukan panjang gelombang sinar X bertambah jika mengalami hamburan. Pada 1923, ia bisa menerangkannya menurut teori kuantum cahaya. Pekerjaan itu telah meyakinkan orang akan kebenaran realitas foton sekaligus mengantarkannya menjadi salah satu penerima Nobel Fisika pada 1927 atas temuannya itu, ia bekerja di Universitas Chicago untuk mempelajari sinar kosmis. Compton menjelaskan sebenarnya sinar itu terdiri atas partikel yang bergerak cepat. Sekarang, partikel itu dikenal sebagai inti atom dan sebagian besar ialah proton yang berputar dalam ruang dan bukan sinar gama. Compton membuktikan hal itu dengan memperlihatkan intensitas sinar kosmis berubah terhadap lintang dan hal itu hanya bisa diterima jika partikel itu ialah ion yang lintasannya dipengaruhi medan magnet bumi.
Compton pernah menjabat sebagai Presiden dari Perkumpulan Fisika Amerika (1934), dari Asosiasi Ilmu Pengetahuan Amerika untuk Pekerja (1939-1940), dan Asosiasi Amerika untuk Kemajuan Ilmu Pengetahuan (1942).
Pada tahun 1941 diangkat sebagai Ketua dari Akademi Nasional Ilmu Pengetahuan Komite Evaluasi Penggunaan Energi Atom dalam Perang. Penyelidikannya, yang dilakukan bekerja sama dengan E. Fermi, L. Szilard, EP Wigner dan lain-lain, di Hanford, Washington, yang menghasilkan plutonium untuk bom Nagasaki, pada bulan Agustus 1945. Ia juga memainkan peran dalam keputusan pemerintah untuk menggunakan bom; hal ini dapat ditemukan dalam bukunya, Atomic Quest - Personal Narrative, 1956. Compton kembali ke St Louis sebagai Kanselir di tahun 1945 dan dari 1954 hingga pensiun pada tahun 1961.
Ia meninggal pada 15 Maret 1962 di Berkeley, California, Amerika Serikat.

B. SEJARAH PENEMUAN KONSEP
Tahun 1920 Compton mengadakan penelitian tentang hamburan sinar-X dari bermacam-macam zat dengan menggunakan spektrometer.
Tahun 1922 compton membuktikan bahwa sinar-X mengalami perubahan tertentu ketika mengalami penghamburan . Selain itu Compton juga membuktikan bahwa sinar-X dapat merusak bahan dari gelas dan kaca perak.
Tahun 1923 Compton menerangkan sinar-X berdasarkan teori kuantum cahaya yang diberi nama foton.
Compton juga menerangkan proses kejadian sinar kosmis.
C. PENGEMBANGAN KONSEP
Akibat pertama dari mekanika gelombang adalah bahwa pembedaan klasik antara partikel dan gelombang ternyata tidak lagi berlaku. Setidaknya ada tiga percobaan awal yang menuntun ke teori kuantum dan membuktikan kebenarannya. Ketiganya membuktikan bahwa cahaya, yang selama ini diperlakukan sebagai suatu gejala gelombang, memiliki pula sifat yang biasanya dikaitkan dengan partikel. Energinya tidak disebar merata pada muka gelombang, melainkan dilepaskan dalam bentuk buntelan-buntelan seperti partikel yang disebut foton yang sebelumnya disebut kuantum. Setelah Einstein memperkenalkan foton cahaya yang bersifat sebagai partikel pada tahun 1905, penemuan-penemuan baru yang melibatkan foton segera meluas. Pada tahun 1923 Saat bekerja di Universitas Washington, St. Louis, Arthur H. Compton menggunakan model foton untuk menjelaskan penemuannya mengenai hamburan sinar X oleh elektron dalam kristal. Ia menemukan bahwa panjang gelombang sinar X bertambah jika mengalami hamburan. Diagram susunan percobaannya adalah sebagai berikut:



Pada percobaan ini, sebarkas sinar-X dijatuhkan pada suatu sasaran hamburan, yang oleh Compton dipilih unsur karbon (grafit). Lalu ia mengukur untuk berbagai sudut hamburan, intensitas sinar-X yang dihamburkan sebagai fungsi dari panjang gelombangnya. Dari hasil eksperimen terlihat bahwa walaupun pada awalnya sinar masuk terdiri satu macam saja panjang gelombang λ namun sinar-X yang dihamburkan memiliki puncak intensitas di dua panjang gelombang tersebut adalah sama seperti panjang gelombang yang masuk, dan lainnya λ’ , adalah lebih besar sebanyak Δ λ . Pergeseran yang dinamakan pergeseran Compton Δ λ ini berubah terhadap sudut pada mana sinar-x yang terhambur ini diamati.


Compton mampu menerangkan hasil-hasil eksperimennya dengan mendalilkan bahwa sinar-X yang masuk bukanlah sebuah gelombang melainkan kumpulan foton yang tenaganya E (=hv) dan bahwa foton-foton itu mengalami tumbukan yang menyerupai tumbukan bola bilyard dengan elektron-elektron bebas di dalam blok penghambur tersebut. Foton yang melompat yang muncul keluar dari blok tersebut menurut pandangan ini akan merupakan radiasi yang dihamburkan. Karena foton yang masuk memindahkan sebagian dari tenaganya kepada elektron yang terlanggar oleh foton tersebut, maka foton yang dihamburkan harus mempunyai tenaga yang lebih rendah E’; yang berarti bahwa foton harus mempunyai frekuensi yang lebih rendah v’ (= E’/ h) dan menyatakan panjang gelombang yang lebih besar λ’ (= c/ v’). Pandangan ini setidak-tidaknya secara kualitatif, memperhitungkan pergeseran panjang gelombang Δ λ .
Percobaan Compton tidak melibatkan pengamatan-pengamatan melalui elektron yang terpental di dalam blok penghambur. Dari kelima variabel tumbukan (λ, λ’, v, θ, dan φ), kita dapat mengeliminasi v dan θ yang hanya membahas elektron, sehingga di peroleh persamaan sederhana:
Δ λ = (h/m0c) (1 – cos θ)
Jadi pergeseran Compton Δ λ hanya bergantung pada sudut hamburan θ dan tak bergantung pada panjang gelombang semula λ. Perubahan panjang pada foton Δ λ merentang dari 0 pada θ = 0o dimana foton yang masuk hampir tidak direfleksikan, hingga dua kali panjang gelombang Compton pada θ = 180o dimana terjadi tumbukan lenting sempurna, yaitu foton yang masuk dibalikkan arahnya.

D. APLIKASI KONSEP
Hal yang sama dapat diperoleh bagi hamburan sinar gamma, yang merupakan foton berenergi lebih tinggi (panjang gelombang lebih kecil dari sinar-X) yang dipancarkan dalam berbagai peluruhan radioaktif. Compton juga mengukur perubahan panjang gelombang sinar gamma hambur seperti yang dilakukan pada sinar-X. Perubahan panjang gelombang yang disimpulkan dari barbagai hamburan sinar gamma ternyata identik dengan yang disimpulkan dari sinar-X. Rumus Compton menuntun kita untuk memperkirakan hal ini, karena perubahan panjang gelombang tidak bergantung pada panjang gelombang datang.
Selain itu dengan adanya perumusan efek Compton, maka dapat ditentukan panjang gelombang sinar-X hambur, energi foton sinar-X hambur hambur, energi kinetik elektron hambur serta arah gerak elektron hambur. Tidak hanya pada sinar-X melainkan radiasi elektromagnetik secara umum yang berperilaku sebagai partikel.

E. PENGEMBANGAN KONSEP KE DEPAN
Dengan menerapkan efek Compton, maka kita bisa mengatur panjang foton hambur yang akan dihasilkan dengan memvariasikan sudut refleksi θ dari pada berbagai peralatan penunjang kehidupan yang menggunakan radiasi elektromagnet.

F. PERTANYAAN
1. Jelaskan konsep foton berdasarkan mekanika kuantum?
Awalnya, dalam mekanika klasik , partikel dan gelombang dibedakan karena sifat-sifatnya yang sangat berbeda. Namun beberapa waktu kemudian dengan teori relativitas Einstein para ilmuwan menyadari bahwa suatu radiasi elektromagnetik berupa cahaya, pada suatu keadaan dapat berperilaku sebagai partikel dan pada keadaan lain berperilaku sebagai gelombang. Dan hal ini sampai pada kesimpulan bahwa cahaya bukanlah partikel saja ataupun gelombang saja. Entah bagaimana caranya ia adalah partikel dan juga gelombang dan hanya memperlihatkan salah satu aspeknya bergantung pada percobaan yang dilakukan. Percobaan tipe partikel memperlihatkan hakikat pertikelnya, dan percobaan tipe gelombang memperlihatkan hakikat gelombangnya.

2. Rumus hamburan Compton mengemukakan bahwa benda yang diamati dari sudut yang berbeda akan memantulkan cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Mengapa kita tidak mengamati adanya perubahan warna cahaya dari benda pemantul bila kita melihatnya dari sudut yang berbeda?
Pada efek Compton, perubahan panjang gelombang paling besar terjadi pada sudut hambur θ = 180o yang besarnya sama dengan panjang gelombang compton 0,02426 Å, yang berarti 2 kali panjang awal gelombang sinar yang diradiasikan. Namun perubahan ini tidak teramati jika dibandingkan dengan panjang gelombang cahaya tampak yang berkisar dari 4000 Å sampai 8000 Å.

3. Seberkas foton menembusi suatu blok materi. Sebutkan tiga cara tentang bagaimana foton dapat kehilangan energi karena berinteraksi dengan materi tersebut?
* radiasi benda hitam
* efek fotolistrik
* efek Compton