L'effetto Compton descrive la diffusione elastica di fotoni da particelle cariche, come elettroni, ed è accompagnato da un cambiamento di lunghezza d'onda della radiazione incidente. Fu osservato per la prima volta da Arthur H. Compton nel 1923.
L'esperimento di Compton mostrò che, quando un fotone interagisce con un elettrone quasi libero, la lunghezza d'onda della radiazione diffusa aumenta rispetto a quella della radiazione incidente, un fenomeno che non poteva essere spiegato dalla fisica classica.
Compton interpretò il fenomeno utilizzando i principi della meccanica quantistica e della conservazione dell'energia e della quantità di moto. La variazione della lunghezza d'onda (\( \Delta \lambda \)) è data da:
Per spiegare l'effetto, Compton applicò la conservazione dell'energia e della quantità di moto tra il fotone e l'elettrone. L'energia totale è data da:
Dove:
La quantità di moto è conservata sia nella direzione incidente che in quella perpendicolare:
L'effetto Compton conferma la natura particellare della luce, fornendo evidenza diretta della dualità onda-particella. Ha anche dimostrato la validità del concetto di fotone come quanti di energia, consolidando la teoria quantistica della radiazione.
Gli esperimenti di diffusione Compton sono stati fondamentali per lo sviluppo della fisica moderna. Le applicazioni includono: