Python模拟康普顿散射

康普顿散射是指入射光子与物质中的自由电子发生非弹性碰撞后，光子的能量和方向发生改变的过程。下面是一个简单的Python模拟康普顿散射的例子：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 定义常量
m_e = 9.10938356e-31  # 电子质量
c = 299792458  # 光速
h = 6.62607015e-34  # 普朗克常数
lambda_0 = 1e-10  # 入射光波长
E_0 = h * c / lambda_0  # 入射光子能量

# 定义函数
def compton_scatter(theta):
    # 计算散射光子能量和波长
    E_1 = E_0 / (1 + E_0 / (m_e * c ** 2) * (1 - np.cos(theta)))
    lambda_1 = h * c / E_1
    # 计算散射角度
    phi = np.random.uniform(0, 2 * np.pi)
    theta_1 = np.arccos((E_0 + m_e * c ** 2) / (E_1 + m_e * c ** 2) * (1 - np.cos(theta))) + phi
    return lambda_1

# 模拟散射过程
n = 100000
theta = np.random.uniform(0, np.pi, n)
lambda_1 = np.array([compton_scatter(t) for t in theta])

# 绘制结果
plt.hist(lambda_1 * 1e10, bins=100)
plt.xlabel('Wavelength (Angstrom)')
plt.ylabel('Counts')
plt.title('Compton Scattering Simulation')
plt.show()

该程序首先定义了一些常量，包括电子质量、光速、普朗克常数、入射光波长和入射光子能量。然后定义了一个函数`compton_scatter`，用于计算散射光子的能量和波长。最后，程序模拟了100000次散射过程，并绘制了散射光子波长的直方图。