什么是康普顿波长?
康普顿波长是粒子的一个基本量子力学特征量,其定义为:当一个光子的能量恰好等于该粒子的静止质量能量时,这个光子所对应的波长。它给出了一个天然的长度尺度——当我们关注的距离小于这个尺度时,量子场效应便不可忽略。以电子为例,其康普顿波长约为 2.43 皮米。本计算器适用于任意粒子,你只需以千克为单位输入它的质量即可。
如何使用本计算器
请以千克为单位输入粒子的静止质量。输入框默认填入电子质量(\(9.1093837015 \times 10^{-31}\ \text{kg}\))。点击计算,即可得到以米为单位的康普顿波长,以及对应的光子频率。若要计算质子,请输入 1.67262192e-27;若要计算 μ 子,请输入 1.883531627e-28。
公式解析
康普顿波长的计算公式为:
$$\lambda = \frac{h}{m \cdot c}$$其中 \(h = 6.62607015 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}\) 为普朗克常数,m 为以千克为单位的粒子质量,\(c = 299{,}792{,}458\ \text{m/s}\) 为光速。对应的频率则由 \(f = c / \lambda\) 求得。
计算示例
对于质量 \(m = 9.1093837015 \times 10^{-31}\ \text{kg}\) 的电子:
$$\lambda = \frac{6.62607015\text{e-}34}{9.1093837015\text{e-}31 \times 299792458} \approx 2.426310 \times 10^{-12}\ \text{m}$$约合 2.43 pm。这与公认的电子康普顿波长一致。
常见问题
这是约化康普顿波长吗?不是。本计算器返回的是标准康普顿波长 \(\lambda = h/(mc)\)。约化版本还需再除以 \(2\pi\)。
为什么质量越大的粒子,波长反而越小?波长与质量成反比,因此质子等质量更大的粒子,其康普顿波长比电子要短得多。
可以用它来计算光子吗?不能。该公式要求粒子具有非零的静止质量,而光子是无质量的。