Der Compton-Effekt ist die Übertragung von Energie von Licht und anderer elektromagnetischer Strahlung wie Röntgen- und Gammastrahlen auf stationäre subatomare Teilchen wie Elektronen. Dieser beobachtbare Effekt bestätigt die Theorie, dass Licht aus Teilchen besteht, die Photonen genannt werden. Die übertragene Energie ist messbar und die Wechselwirkung entspricht den Energieerhaltungssätzen. Das heißt, die kombinierte Energie des Photons und des Elektrons vor der Kollision ist gleich der kombinierten Energie der beiden Teilchen nach der Kollision. Ein sekundäres und verwandtes Ergebnis der Kollision von Photonen und Elektronen ist die Compton-Streuung, die als Richtungsänderung der Photonen nach der Kollision sowie als Änderung ihrer Wellenlänge beobachtet wird.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts stellte der bekannte Physiker Max Planck die Theorie auf, dass elektromagnetische Energie wie sichtbares Licht und andere Strahlung aus einzelnen Energiepaketen, den sogenannten Photonen, besteht. Diese Pakete sollten weiterhin masselos sein, aber eine individuelle Natur haben und sich manchmal wie andere subatomare Teilchen mit beobachtbaren Massen verhalten und bestimmte Eigenschaften mit ihnen teilen. Eine Reihe von Experimenten und Berechnungen führte zur Akzeptanz dieser Theorie, und als der Compton-Effekt – die Streuung von Elektronen aufgrund ihrer Energieabsorption von Photonen – 1923 vom Physiker Arthur Holly Compton beobachtet und aufgezeichnet wurde, wurde Plancks Theorie weiter gestärkt.
Comptons Arbeit über das Phänomen, das als Compton-Effekt bekannt wurde, brachte ihm später den Nobelpreis für Physik ein. Compton beobachtete, dass Photonen subatomaren Teilchen wie Elektronen Energie verleihen können, wodurch sie streuen oder sich von ihren ursprünglichen Positionen entfernen. Unter bestimmten Bedingungen kann dies dazu führen, dass die Elektronen von ihren Muttermolekülen getrennt werden, sie ionisiert oder ihre elektrische Nettoladung von neutral nach positiv ändert, indem das negativ geladene Elektron entfernt wird.
Er beobachtete ferner, dass das Photon nach der Kollision eine Zunahme der Wellenlänge aufwies, ein direktes Ergebnis seines Energieverlusts an das Elektron und in Zusammenhang mit dem Ablenkwinkel bei seiner Richtungsänderung, die als Compton-Streuung bekannt ist. Diese Beziehung wird durch eine Gleichung definiert, die als Compton-Formel bekannt ist. Eine gängige Analogie, die zur Erklärung des Compton-Effekts verwendet wird, ist das Schlagen einer Ansammlung von stationären Billardkugeln durch eine sich bewegende Spielkugel. Die Spielkugel gibt einen Teil ihrer Energie an die anderen Kugeln ab, die sich zerstreuen, wenn sich die Spielkugel mit verringerter Geschwindigkeit in eine andere Richtung bewegt. Während Licht eine konstante Geschwindigkeit hat, entspricht die reduzierte Geschwindigkeit des Spielballs dem niedrigeren Energiezustand des Photons nach der Kollision mit einem Elektron, was sich eher in seiner längeren Wellenlänge als in einer reduzierten Geschwindigkeit zeigt.