在数学上，康普顿散射（）量子物理理论，或称康普顿效应（），是指X射线或伽马射线光子与物质相互作用时，由于能量损失而导致波长变长的现象。 1922 年，德国化学家阿瑟·康普顿 ( ) 发现光波的行为类似于粒子，但可以通过实验将电子从原子中敲出，这是量子热学的一个重要里程碑。
两年后，康普顿因这一发现获得了诺贝尔奖，该发现证明了电磁辐射的粒子性质。 这在当时是一个惊人的发现：光的波动性已经被充分证明，但光同时具有波动性和粒子性的观点却不容易被接受。 康普顿在他的实验中使用高能长波长光，这使他能够忽略电子与原子核的结合能。 康普顿简单地假设他的计算是电子可以自由地在太空中徘徊。
迄今为止，在随后的90年里，人们对康普顿散射进行了许多实验和估计，但屡屡暴露出不对称性并带来了困难。 例如，在个别实验中观察到，当将碰撞后的电子和光粒子（光子）的动能与碰撞前的光子的能量进行比较时，尽管能量损失了。 由于能量不可能简单地消失，因此可以感觉到，在这种情况下，与康普顿的简化假设相反，原子核-光电子碰撞的影响是不可忽视的。
现在，慕尼黑歌德学院的化学家团队进行了首次光子碰撞实验，同时观察弹射电子和原子核的运动，对康普顿效应进行了运动学上完整的实验，研究了康普顿的整个状态过程散射氦原子。 研究结果今天发表在《自然化学》杂志上。
他们用来自比萨加速器设施 DESY 的 X 射线源 的 X 射线照射氦原子，并在反应显微镜中检测到喷射的电子和剩余的带电原子离子。 超快的反应过程。
上图是康普顿散射过程和支持该实验的反应显微镜的示意图。 光子（摆动线）撞击反应显微镜中心原子中的电子，击出电子（黑球）并留下离子（蓝球）。 两种类型的粒子都通过电场和磁场定向到测量器（蓝色和白色圆盘）。
反应显微镜，中文全称：量子物理理论，英文翻译：冷靶反冲离子动量反应显微镜，一种原子、分子反应的显微镜技术，可用于原子尺度上物体的相关动力学，如原子、分子和集群 提供详细信息。 该技术涉及超音速二氧化碳喷射目标、明确的静电场以及用于粒子位置和时间感应检测的探测器。
实验中观察到的结果是令人惊讶的。 首先，科学家观察到，散射光子的能量实际上是守恒的，并且部分转移到了原子核和离子的运动中。 他们还观察到，当光子的能量实际上太低而无法克服电子与原子核的结合能时，碰撞光子有时会将电子从原子核中撞出。 总体而言，在三分之二的情况下，电子仅按照台球撞击实验方法中预期的方向喷射。 在所有其他情况下，电子有时甚至会沿相反方向喷射，尽管它们被原子核反射。
研究人员在基于冷靶反冲离子动量反应显微镜的实验中确定了电子、反冲离子和散射光子的动量相关性，发现电子除了动量转移方向外还被发射，并且存在第二个向后喷射峰。 这一发现将康普顿散射与超短光脉冲电离、电子碰撞电离、离子碰撞电离和中子散射等过程的类似动量模式联系起来。
研究人员强调说：“这使我们能够证明整个光子系统以及发射的电子和离子根据量子热定律振荡。” 因此，我们的实验为检验基于康普顿效应的量子热理论提供了基础。 一种新型实验。 这具有重要意义，特别是在天体化学和 X 射线化学方面。”