Descoberta
O Efeito Compton foi observado por Arthur Holly Compton, um físico americano, em 1923, efeito o qual o fez receber o Prêmio Nobel de Física em 1927. O fenômeno analisa a diminuição de energia de um fóton quando esse colide com matéria. A diminuição de energia ocorre com a mudança no comprimento de onda (aumenta). Tal mudança nos evidencia que a luz, por exemplo, não tem caráter puramente ondulatório (assim como Einstein já havia evidenciado em seu experimento do efeito fotoelétrico).
Arthur Holly Compton
Em seus experimentos, Compton fez raios x incidir sobe um alvo de grafite. O comprimento de onda incidente (raios x) fora medido inicialmente e era único. Após a colisão entre raios x e o alvo, verificou-se o espalhamento dos raios x.
Os raios espalhados foram analisados e Compton notou a presença de raios x com o mesmo comprimento de onda do que fizera incidir no alvo, e também raios x com menor comprimento de onda.
Os raios emergentes que possuem o mesmo comprimento de onda do incidente são provenientes da interação entre raios x e elétron do alvo de grafite, no qual o elétron absorve toda a energia transportada pelos raios x e recua de orbital (estado estacionário da função de onda de um elétron). Após um intervalo de tempo, o elétron retorna ao orbital em que estava emitindo toda a energia que fora absorvida.
Os raios emergentes possuem menor comprimento de onda que o incidente em razão da interação entre raios x e elétron do alvo de grafite, no qual o elétron absorve parcialmente a energia* transportada pelos raios x e a energia restante estará associada aos raios emergentes, que possuirão menor comprimento de onda que os incidentes. Esse efeito ocorre em virtude da natureza dual da luz, que neste fenômeno comporta-se como partícula no qual os raios x recebem a denominação de fótons.
O efeito é importante porque ele demonstra que a luz não pode ser explicada meramente como um fenômeno ondulatório. O espalhamento de Thomson, a clássica teoria de partículas carregadas espalhadas por uma onda eletromagnética, não pode explicar alguma variação no comprimento de onda. A luz deve agir como se ela consistisse de partículas como condição para explicar o espalhamento de Compton. O experimento de Compton convenceu os físicos de que a luz pode agir como uma corrente de partículas cuja energia é proporcional à frequência.
*a energia ser transferida parcialmente ao elétron não quer dizer que o fóton de raios x fora dividido, pois o fóton é indivisível. O que acontece é transferência de momento, o que acarreta variação em sua energia.
