Cet effet a été découvert par le physicien américain Arthur Compton (prix Nobel de physique en 1927) et il décrit l'absorption des rayons X par les électrons.

Cette découverte a contribué à confirmer la dualité onde-particule de la lumière.

L'effet Compton se produit lorsqu'un photon à haute énergie (rayon X - 100 keV à 10 MeV) entre en collision avec un électron périphérique peu lié à l'atome : une partie de l'énergie du photon incident est transférée à l'électron (voir une animation). En conséquence, le photon a une longueur d'onde plus grande après collision.

Si on définit la quantité de mouvement : p = m.c = E / c = h / λ, l'effet Compton se traduit par :

• longueur d'onde du photon incident : λ₀
• longueur d'onde du photon après collision : λ₁
• changement d'énergie du photon : E₀ à E₁
• changement de quantité de mouvement du photon : [E₀ / c] à [E₁ / c]
• énergie acquise par l'électron expulsé : E = E₀ - E₁

Après collision, la nouvelle direction du rayon X est aléatoire : il y a diffusion de ce rayon X dans toutes les directions même dans le sens opposé au faisceau incident.

Distinction entre l'effet Compton et l'effet photoélectrique : dans le second cas, toute l'énergie du photon incident est absorbée et un électron est éjecté. Après collision, il n'y a plus de photon.

Voir un cours sur l'interaction entre les rayonnements ionisants et la matière.