在數學上，康普頓散射（）量子物理理論，或稱康普頓效應（），是指X射線或伽馬射線光子與物質相互作用時，由于能量損失而導致波長變長的現象。 1922 年，德國化學家阿瑟·康普頓 ( ) 發現光波的行為類似于粒子，但可以通過實驗將電子從原子中敲出，這是量子熱學的一個重要里程碑。
兩年后，康普頓因這一發現獲得了諾貝爾獎，該發現證明了電磁輻射的粒子性質。 這在當時是一個驚人的發現：光的波動性已經被充分證明，但光同時具有波動性和粒子性的觀點卻不容易被接受。 康普頓在他的實驗中使用高能長波長光，這使他能夠忽略電子與原子核的結合能。 康普頓簡單地假設他的計算是電子可以自由地在太空中徘徊。
迄今為止，在隨后的90年里，人們對康普頓散射進行了許多實驗和估計，但屢屢暴露出不對稱性并帶來了困難。 例如，在個別實驗中觀察到，當將碰撞后的電子和光粒子（光子）的動能與碰撞前的光子的能量進行比較時，盡管能量損失了。 由于能量不可能簡單地消失，因此可以感覺到，在這種情況下，與康普頓的簡化假設相反，原子核-光電子碰撞的影響是不可忽視的。
現在，慕尼黑歌德學院的化學家團隊進行了首次光子碰撞實驗，同時觀察彈射電子和原子核的運動，對康普頓效應進行了運動學上完整的實驗，研究了康普頓的整個狀態過程散射氦原子。 研究結果今天發表在《自然化學》雜志上。
他們用來自比薩加速器設施 DESY 的 X 射線源 的 X 射線照射氦原子，并在反應顯微鏡中檢測到噴射的電子和剩余的帶電原子離子。 超快的反應過程。
上圖是康普頓散射過程和支持該實驗的反應顯微鏡的示意圖。 光子（擺動線）撞擊反應顯微鏡中心原子中的電子，擊出電子（黑球）并留下離子（藍球）。 兩種類型的粒子都通過電場和磁場定向到測量器（藍色和白色圓盤）。
反應顯微鏡，中文全稱：量子物理理論，英文翻譯：冷靶反沖離子動量反應顯微鏡，一種原子、分子反應的顯微鏡技術，可用于原子尺度上物體的相關動力學，如原子、分子和集群 提供詳細信息。 該技術涉及超音速二氧化碳噴射目標、明確的靜電場以及用于粒子位置和時間感應檢測的探測器。
實驗中觀察到的結果是令人驚訝的。 首先，科學家觀察到，散射光子的能量實際上是守恒的，并且部分轉移到了原子核和離子的運動中。 他們還觀察到，當光子的能量實際上太低而無法克服電子與原子核的結合能時，碰撞光子有時會將電子從原子核中撞出。 總體而言，在三分之二的情況下，電子僅按照臺球撞擊實驗方法中預期的方向噴射。 在所有其他情況下，電子有時甚至會沿相反方向噴射，盡管它們被原子核反射。
研究人員在基于冷靶反沖離子動量反應顯微鏡的實驗中確定了電子、反沖離子和散射光子的動量相關性，發現電子除了動量轉移方向外還被發射，并且存在第二個向后噴射峰。 這一發現將康普頓散射與超短光脈沖電離、電子碰撞電離、離子碰撞電離和中子散射等過程的類似動量模式聯系起來。
研究人員強調說：“這使我們能夠證明整個光子系統以及發射的電子和離子根據量子熱定律振蕩。” 因此，我們的實驗為檢驗基于康普頓效應的量子熱理論提供了基礎。 一種新型實驗。 這具有重要意義，特別是在天體化學和 X 射線化學方面。”