L’effet Compton est le transfert d’énergie de la lumière et d’autres rayonnements électromagnétiques, tels que les rayons X et les rayons gamma, aux particules subatomiques stationnaires telles que les électrons. Cet effet observable donne du crédit à la théorie selon laquelle la lumière est composée de particules appelées photons. L’énergie transférée est mesurable et l’interaction est conforme aux lois de conservation de l’énergie. C’est-à-dire que l’énergie combinée du photon et de l’électron avant la collision est égale à l’énergie combinée des deux particules après la collision. Un résultat secondaire et connexe de la collision de photons et d’électrons est connu sous le nom de diffusion Compton, qui est observée comme un changement de direction des photons après la collision ainsi qu’un changement de leur longueur d’onde.
Au début du 20e siècle, le célèbre physicien Max Planck a émis l’hypothèse que l’énergie électromagnétique, telle que la lumière visible et d’autres rayonnements, était composée de paquets individuels d’énergie appelés photons. Ces paquets étaient en outre supposés être sans masse mais avoir des natures individuelles et, parfois, se comporter comme et partager certaines propriétés avec d’autres particules subatomiques avec des masses observables. Une série d’expériences et de calculs ont abouti à l’acceptation de cette théorie, et lorsque l’effet Compton – la diffusion des électrons en raison de leur absorption d’énergie par les photons – a été observé et enregistré par le physicien Arthur Holly Compton en 1923, la théorie de Planck a été encore renforcée.
Les travaux de Compton sur le phénomène connu sous le nom d’effet Compton lui ont valu plus tard le prix Nobel de physique. Compton a observé que les photons pouvaient transmettre de l’énergie aux particules subatomiques telles que les électrons, les faisant se disperser ou s’éloigner de leur position d’origine. Dans certaines conditions, cela peut entraîner la séparation des électrons de leurs molécules mères, leur ionisation ou la modification de leur charge électrique nette de neutre à positive en éliminant l’électron chargé négativement.
Il a en outre observé qu’après la collision, le photon présentait une augmentation de la longueur d’onde, conséquence directe de sa perte d’énergie au profit de l’électron et liée à l’angle de déviation dans son changement de direction, connue sous le nom de diffusion Compton. Cette relation est définie par une équation connue sous le nom de formule de Compton. Une analogie courante utilisée pour aider à expliquer l’effet Compton est la frappe d’un groupe de boules de billard stationnaires par une bille blanche en mouvement. La bille blanche transmet une partie de son énergie aux autres billes, qui se dispersent lorsque la bille blanche se déplace dans une autre direction à une vitesse réduite. Alors que la lumière a une vitesse constante, la vitesse réduite de la bille blanche est analogue à l’état d’énergie inférieur du photon après sa collision avec un électron, qui se manifeste par sa longueur d’onde plus longue plutôt que par sa vitesse réduite.