1923’te ABD’li fizikçi Arthur Holly Compton, X ışınlarının, foton adını verdiği kesikli (ayrık) elektromagnetik enerji darbelerinden meydana geldiğini varsayarak, dalgaboyunda görülen artışı açıkladı.
Bu olayın keşfi, ışığın hem dalga hem de parçacık yapısında olduğunu gösterdi. Diğer bir değişle; fotonların elektronlarla çarpısmaları, soğurulmalarıyla sonuçlanmadığı hallerde, tıpkı bilardo toplarının çarpışmalarında olduğu gibi esnek çarpısmalara yol açtığını ortaya koymaktadır. Eğer fotonla elektron arasındaki çarpışma gerçektende, iki katı kürenin çarpışmasında olduğu gibi esnek bir çarpısma ise böyle bir çarpısmada kinetik enerji ve impuls korunum kanunları geçerli olacaktır. Foton-elektron sisteminde enerji korunumunun geçerli olduğunu kabul edersek ve sayısal islemler yapılırsa;
- λ − λ = ∆λ = h/m0c(1 − cosθ)
elde edilir. Burada λ = saçılan dalga λ = gelen dalgayı temsil etmektedir. Bu formüldeki "h/m0c" ’ye Compton dalga boyu denir. Fotonun çarptığı tanecik ne kadar büyük kütleli olursa Compton dalga boyuda o kadar kısadır.
Compton, saçılan dalga boyunu dört farklı θ açısıyla ölçtü ve ∆λ = h/m0c(1 − cos θ) formülle mükemmel bir uyum buldu.
Compton, X ışınları gibi kısa dalga boylu ve yüksek enerjili ışınların, “foton” ismini verdiği enerji darbelerinden meydana geldiğini kabul etti. Maddi parçacıklar gibi enerji ve momentuma sahip olan fotonlar aynı zamanda frekans ve dalgaboyu gibi dalgaya mahsus olan özelliklere de sahiptir.
Fotonların enerjisi dalgaboylarıyla ters orantılı, frekanslarıyla doğru orantılıdır. Elektronla çarpışan bir fotonun, enerjisinin ve momentumunun bir kısmı elektrona aktarılmış olur. Çarpışma neticesinde elektronlar, fotonun geliş doğrultusu ile bir açı yapacak şekilde geri tepilirken, daha az enerjili yani dalga boyu büyük olan fotonlar ortaya çıkar. Bu fotonlar da elektronlara aktarılan enerji nisbetine bağlı olan bir açı ile saçılıma uğrarlar. Dalga boyundaki artış ile saçılma açısı arasında deney yoluyla bulunan bağıntı, çarpışmada momentumun ve enerjinin korunduğunu kabul ederek bulacağımız bağıntının aynısıdır.
