L’effetto Compton è il trasferimento di energia dalla luce e da altre radiazioni elettromagnetiche, come i raggi X e i raggi gamma, a particelle subatomiche stazionarie come gli elettroni. Questo effetto osservabile dà credito alla teoria secondo cui la luce è costituita da particelle chiamate fotoni. L’energia trasferita è misurabile e l’interazione è conforme alle leggi di conservazione dell’energia. Cioè, l’energia combinata del fotone e dell’elettrone prima dell’urto è uguale all’energia combinata delle due particelle dopo l’urto. Un risultato secondario e correlato della collisione di fotoni ed elettroni è noto come scattering Compton, che si osserva come un cambiamento nella direzione dei fotoni dopo la collisione e un cambiamento nella loro lunghezza d’onda.
All’inizio del XX secolo, il noto fisico Max Planck teorizzò che l’energia elettromagnetica, come la luce visibile e altre radiazioni, fosse composta da singoli pacchetti di energia chiamati fotoni. Si supponeva inoltre che questi pacchetti fossero privi di massa ma avessero natura individuale e, a volte, si comportassero come e condividessero determinate proprietà con altre particelle subatomiche con masse osservabili. Una serie di esperimenti e calcoli ha portato all’accettazione di questa teoria, e quando l’effetto Compton – la dispersione degli elettroni dovuta al loro assorbimento di energia dai fotoni – è stato osservato e registrato dal fisico Arthur Holly Compton nel 20, la teoria di Planck è stata ulteriormente rafforzata.
Il lavoro di Compton sul fenomeno che divenne noto come effetto Compton in seguito gli valse il Premio Nobel per la fisica. Compton osservò che i fotoni potevano impartire energia alle particelle subatomiche come gli elettroni, provocandone la dispersione o l’allontanamento dalle loro posizioni originali. In determinate condizioni, ciò può causare la separazione degli elettroni dalle molecole madri, ionizzandoli o modificando la loro carica elettrica netta da neutra a positiva rimuovendo l’elettrone caricato negativamente.
Osservò inoltre che dopo la collisione, il fotone mostrava un aumento della lunghezza d’onda, un risultato diretto della sua perdita di energia all’elettrone e correlato all’angolo di deflessione nel suo cambio di direzione, noto come diffusione Compton. Questa relazione è definita da un’equazione nota come formula di Compton. Un’analogia comune utilizzata per spiegare l’effetto Compton è il colpo di un gruppo di palle da biliardo fisse da parte di una bilia in movimento. La bilia battente impartisce parte della sua energia alle altre bilie, che si disperdono quando la bilia battente si muove in un’altra direzione a velocità ridotta. Mentre la luce ha una velocità costante, la velocità ridotta del pallino è analoga allo stato di energia inferiore del fotone dopo la collisione con un elettrone, che è mostrato dalla sua lunghezza d’onda più lunga piuttosto che dalla velocità ridotta.