V roce 1916 rozšířil Albert Einstein svou hypotézu o fotonech o předpoklad, že při interakci světla s hmotou předávají fotony nejen energii, ale i hybnost. Stejně jako energie se i hybnost předává po diskretních kvantech a v jednotlivých bodech namísto rozměrnějších oblastí prostoru. Velikost hybnosti fotonu spojeného s vlnou o frekvenci f je
Kvantový popis elektromagnetického záření předpokládá částicové vlastnosti fotonů. Je–li tato představa správná, pak by mělo být možné pozorovat interakci mezi fotonem a například elektronem, která by svým charakterem odpovídala srážce dvou částic. Pro pružnou srážku dvou částic, které tvoří izolovanou soustavu, platí zákony zachování energie a hybnosti. Při interakci fotonu s elektronem by tedy měly být splněny tytéž zákony.
V roce 1922 provedl americký fyzik Arthur Holly Compton experiment s rozptylem rentgenového záření na materiálech s velmi slabě vázanými elektrony (např. na krystalech tuhy). Compton měřil vlnové délky a intenzity rentgenových paprsků rozptýlených tímto terčem do různých směrů.
Vznik Comptonova jevu.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
V těchto experimentech dopadalo rentgenové záření (o vlnové délce λ = 0,07 nm) na uhlíkový terčík. V rozptýleném záření našel Compton zdvojené spektrální čáry; z nichž jedna odpovídala původní délce vlny λ (záření vzniklo na pevně vázaných elektronech v atomech), ale i záření s větší vlnovou délkou λ' (vzniklo rozptylem na volných elektronech). Podle představ klasické fyziky dopadající záření rozkmitá elektrony v atomech. Elektrony by měly kmitat s frekvencí f a vyzařovat elektromagnetické záření o stejné frekvenci f. Rozptýlené záření by tedy mělo obsahovat pouze vlnovou délku λ. Compton interpretoval rozptyl rentgenových paprsků na uhlíku pomocí fotonů jako přenos energie a hybnosti mezi dopadajícím rentgenovým svazkem a volně vazanými elektrony v uhlíkovém terči.
Existenci druhé vlnové délky určil Compton vztahem
Kde výraz h/m0c se označuje jako Comptonova vlnová délka a má hodnotu 2,4262 · 10–12 m. Teoreticky dochází ke Comptonově jevu při každé srážce fotonu s elektronem. Je–li však hmotnost fotonu velmi malá proti hmotnosti elektronu, pak je Comptonův posuv neměřitelně malý. Proto je Comptonův jev pozorovatelný jen u záření složeného z fotonů s velkou hmotností jako je záření rentgenové nebo γ.
Vznik druhé vlnové délky.
Zdroj: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
