アーサー・コンプトン
【ガンマ線の散乱・吸収を研究｜粒子の波動性と粒子性を研究】

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【1892年9月10日 ~ 1962年3月15日】

コンプトン効果

アメリカのコンプトンは波動の粒子性を示した実績と

マンハッタン計画で指導的役割を果たしたことで

知られています。コンプトンは1919年に英国の

キャンデビッシュ研究所に留学しました。

キャンでビッシュ研究所でガンマ線の散乱・吸収を研究します。
「波動のコンプトン効果」を発見するのです。

コンプトンの考えは今では量子力学の基幹をなしていますが、
大まかには以下の理解をしていれば良いと思います。つまり、

「微視的に物事を考え始めた時に粒子性と

波動性が同時に具現化する」

ということです。

コンプトンの考えで話を進めると自由電子により散乱された
X線量子がより長い波長となるという事実に対して

「波長が長くなる状態」つまり

「光線のエネルギーが落ちる状態」で

粒子性に着目して弾性散乱の視点で考えていくのです。

コンプトンの時代に物理学者が
粒子性波動性を真剣に考えていきます。

コンプトンの微視的な視点　

具体的に量子力学では不確定関係という枠組みで
物事を考えますので２つの値が同時に確定しません。

例えば位置と運動量を同時に確定しません。また、
時間とエネルギーを同時に確定しません。但し、
時間×エネルギーや位置×運動量といった値を
物理量として確定出来るのです。

これは作用と呼ばれる次元の物理量です。
時間という物理量やエネルギーという物理量と
関連していますが異なります。

以上は量子力学を理解した人々には納得出来ても
一般の人々には中々説明がし辛い部分です。

誤解無く伝わっているかいつも不安になります。
そんな意識改革をコンプトンが進めていたのですね。
波動として考えていたガンマ線やX線に粒子性を見出したのです。

コンプトンとマンハッタン計画　

また、コンプトンはマンハッタン計画を進めた主要メンバーでもあります。
そもそも原子爆弾は原子炉の製造から計画しなければいけません。
計画の中でウランをプルトニウムに変換して、
プルトニウムとウランの混合物からプルトニウムを分離するプロセス
が必要です。コンプトンはこのプロセスをSEとして設計してプロジェクトが
進んでいく現場で働きました。

また、原子爆弾を兵器として使用するには敵国で使用時に、
出来るだけ早くに最大限の攻撃力を発揮しなといけませんが、
そうした損傷兵器の仕組みをを設計する方法についても
コンプトンは計画をしていきました。

なお同計画はオッペンハイマーの設計もあり、
フェルミやローレンスとの議論も経ています。
全米の知能を集め計画を進めていたのです。

そしてコンプトンの業績はノーベル賞を初めとする
蒼々たる栄誉で称えられています。それと同時に、
マンハッタン計画の主導者として計画自体の是非を論じる際に
何度もコンプトンの名があがります。

もともとは、コンプトンはもともと星の好きな少年でした。
そんな所からガンマ線の究明に話が進みましたが、
彼の名はガンマ線検出の為のNASAの衛星に残されています。

〆

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2020/11/07_初稿投稿
2024/01/28_改定投稿

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AIでの考察（参考）

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（2021年10月時点での対応英訳）

Compton effect

Compton in the United States is known for its track record of wave particle nature and for its leadership role in the Manhattan Project. Compton studied abroad at the Candevisch Institute in the United Kingdom in 1919, where he studied gamma-ray scattering and absorption.

There he discovers the “Compton effect of waves”.
This idea is now the basis of quantum mechanics, but I think it is good to have the following general understanding. In other words, “when you start thinking microscopically, particle nature and wave nature are realized at the same time.” If we proceed with that idea, we will focus on the particle nature in the “state where the wavelength becomes longer”, that is, the “state where the energy of light rays falls”, in contrast to the fact that the X-ray quantum scattered by free electrons has a longer wavelength. Think from the perspective of elastic scattering.

Compton’s microscopic perspective

Specifically, in quantum mechanics, things are considered in the framework of an uncertain relationship, so two values ​​may not be fixed at the same time. For example, the position and momentum are not fixed at the same time. Also, time and energy are not fixed at the same time. However, values ​​such as time x energy and position x momentum can be determined as physical quantities. This is a physical quantity of a dimension called action. It is related to but different from the physical quantity of time and the physical quantity of energy.

The above is a part that is difficult to explain to the general public even if it is convincing to those who understand quantum mechanics. I’m always worried if it’s transmitted without any misunderstandings. Compton was promoting such a change in consciousness. He found particle nature in gamma rays and X-rays, which he thought of as waves.

Compton and Manhattan Project

Compton is also a key member of the Manhattan Project. In the first place, the atomic bomb must be planned from the production of the reactor. Therefore, a process is required to convert uranium to plutonium and separate plutonium from the mixture of plutonium and uranium. Compton designed this process as an SE and worked in the field where the project progressed.

In addition, in order to use an atomic bomb as a weapon, it is necessary to exert maximum attack power as soon as possible when using it in an enemy country, and Compton also plans how to design the mechanism of such a damaged weapon. I went on. The plan was also designed by Oppenheimer and has been discussed with Fermi and Lawrence. He was gathering intelligence from all over the United States and working on a plan.

And Compton’s achievements are praised for its lush honors, including the Nobel Prize. At the same time, as the leader of the Manhattan Project, he is often mentioned when discussing the pros and cons of the plan itself.

Originally, Compton was originally a star-loving boy. From that point on, we went on to investigate gamma rays, but his name remains on NASA’s satellite for gamma ray detection.

〆