Комптон ефект и неговата елементарна теория. Ефектът на Комптън: Крайъгълният камък на квантовата механика Промяна на дължината на вълната в ефекта на Комптън

КОМПТОНОВ ЕФЕКТ (Compton scattering), разсейване на твърдо (късовълново) електромагнитно излъчване от свободни заредени частици, придружено от промяна в дължината на вълната на разсеяното лъчение. Открит е от А. Комптън през 1922 г. по време на разсейването на твърди рентгенови лъчи в графит, чиито атомни електрони, които разпръскват радиацията, могат да се считат за свободни с добра точност (тъй като честотата на рентгеновите лъчи далеч надвишава характерните честоти на електроните движение в светлинни атоми). Според измерванията на Комптън, първоначалната дължина на вълната на рентгеновото лъчение λ 0, когато то е разпръснато под ъгъл θ, се увеличава и се оказва равна на

където λ C е постоянна стойност за всички вещества, наречена дължина на вълната на Комптон на електрона. (По-често се използва стойността λ С = λ/2π = 3,86159268·10 -11 cm) Ефектът на Комптън рязко противоречи на класическата вълнова теория на светлината, според която дължината на вълната на електромагнитното излъчване не трябва да се променя, когато се разсейва от свободни електрони. Следователно откриването на ефекта на Комптън беше един от най-важните факти, които сочеха двойната природа на светлината (виж дуализъм на корпускулярните вълни). Обяснението на ефекта, дадено от Комптън и независимо от него, от П. Дебай, е, че γ-квант с енергия E = ћω и импулс p = ћk, сблъсквайки се с електрон, прехвърля част от своята енергия на то в зависимост от ъгъла на разсейване. (Тук ћ е константата на Планк, ω е цикличната честота на електромагнитната вълна, k е нейният вълнов вектор |k|= ω/s, свързан с дължината на вълната чрез отношението λ = 2π|k|.) Според законите на запазване на енергията и импулса, енергията γ- квант, разпръсната от електрон в покой, е равна на

което напълно съответства на дължината на вълната на разсеяното лъчение λ'. В този случай дължината на вълната на Комптон на електрона се изразява чрез основни константи: масата на електрона m e, скоростта на светлината c и константата на Планк ћ: λ С = ћ/m e c. Първото качествено потвърждение на подобно тълкуване на ефекта на Комптън е наблюдението през 1923 г. от C.T.R. Wilson на електрони на откат, когато въздухът се облъчва с рентгенови лъчи в изобретена от него камера (камера на Уилсън). Подробни количествени изследвания на ефекта на Комптън са извършени от Д. В. Скобелцин, който използва радиоактивен препарат RaC (214 Bi) като източник на високоенергийни γ-кванти и облачна камера, поставена в магнитно поле като детектор. По-късно данните на Скобелцин са използвани за тестване на квантовата електродинамика. В резултат на тази проверка шведският физик О. Клайн, японският физик Ю. Нишина и И. Е. Там установиха, че ефективното напречно сечение на ефекта на Комптон намалява с увеличаване на енергията на γ-квантите (т.е. с намаляване в дължината на вълната на електромагнитното лъчение) и с дължини на вълната, значително надвишаващи тази на Комптън, клони към границата σ T \u003d (8π / 3) r e 2 = 0,6652459 10 -24 cm 2, посочена от J. J. Thomson на базата на вълната теория (re \u003d e 2 / m e s 2 - класически електронен радиус).

Ефектът на Комптън се наблюдава при разсейване на γ-кванти не само от електрони, но и от други частици с по-голяма маса, но ефективното напречно сечение в този случай е с няколко порядъка по-малко.

В случай, когато γ-квант е разпръснат не от почиващ, а от движещ се (особено релативистичен) електрон, енергията може да се прехвърли от електрона към γ-кванта. Това явление се нарича обратен ефект на Комптън.

Ефектът на Комптън, заедно с фотоелектричния ефект и производството на електрон-позитронни двойки, е основният механизъм за поглъщане на твърдо електромагнитно излъчване в материята. Относителната роля на ефекта на Комптън зависи от атомния номер на елемента и енергията на γ лъчите. При оловото, например, ефектът на Комптън има основния принос за загубата на фотони в енергийния диапазон от 0,5-5 MeV, в алуминия - в диапазона от 0,05-15 MeV (фиг.). В този енергиен диапазон разсейването на Комптън се използва за откриване на γ лъчи и измерване на тяхната енергия.

Ефектът на Комптън играе важна роля в астрофизиката и космологията. Например, той определя процеса на пренос на енергия от фотони от централните области на звездите (където протичат термоядрени реакции) към тяхната повърхност, тоест в крайна сметка осветеността на звездите и скоростта на тяхната еволюция. Светлинното налягане, причинено от разсейването, определя критичната осветеност на звездите, започвайки от която обвивката на звездата започва да се разширява.

В ранната разширяваща се Вселена разсейването на Комптън поддържаше равновесна температура между материята и радиацията в гореща плазма от протони и електрони до образуването на водородни атоми от тези частици. Поради това ъгловата анизотропия на космическото микровълново фоново излъчване дава информация за първичните флуктуации на материята, водещи до образуването на мащабна структура на Вселената. Обратният ефект на Комптън обяснява съществуването на рентгеновия компонент на фоновата галактическа радиация и γ-лъчението на някои космически източници. Когато космическата микровълнова фонова радиация преминава през облаци от горещ газ в далечни галактики, поради обратния ефект на Комптън, се появяват изкривявания в спектъра на космическото микровълново фоново излъчване, които предоставят важна информация за Вселената (виж ефекта Суняев-Зелдович).

Обратният ефект на Комптън прави възможно получаването на квазимонохроматични лъчи от високоенергийни γ-кванти чрез разсейване на лазерно лъчение върху сблъскващ се лъч от ускорени ултралативистични електрони. В някои случаи обратният ефект на Комптън предотвратява осъществяването на реакции на термоядрен синтез при земни условия.

Литература: Алфа, бета и гама спектроскопия. М., 1969. Бр. 1-4; Шполски Е. В. Атомна физика. М., 1986. Т. 1-2.

Комптън ефект
Комптън ефект

Комптън ефект -разсейване на електромагнитното излъчване от свободен електрон, придружено от намаляване на честотата на излъчване (открито от А. Комптън през 1923 г.). При този процес електромагнитното излъчване се държи като поток от отделни частици - корпускули (които в случая са кванти на електромагнитното поле - фотони), което доказва двойната - корпускулярно-вълнова - природа на електромагнитното излъчване. От гледна точка на класическата електродинамика, разсейването на радиация с промяна в честотата е невъзможно.
Комптоновото разсейване е разсейването от свободен електрон на отделен фотон с енергия E = hν = hc/ λ (h е константата на Планк, ν е честотата на електромагнитната вълна, λ е нейната дължина, c е скоростта на светлината) и импулс p = E/s. Разсейвайки се върху електрон в покой, фотонът му предава част от своята енергия и импулс и променя посоката на движението си. В резултат на разсейването електронът започва да се движи. Фотонът след разсейване ще има енергия E " = hν " (и честота) по-малко от неговата енергия (и честота) преди разсейване. Съответно, след разсейване, дължината на вълната на фотона λ " ще нарастне. От законите за запазване на енергията и импулса следва, че дължината на вълната на фотона след разсейване ще се увеличи с

където θ е ъгълът на разсейване на фотона, а m e е масата на електрона h/m e c = 0,024 Å се нарича дължина на вълната на електрона на Комптон.
Промяната в дължината на вълната по време на комптъновото разсейване не зависи от λ и се определя само от ъгъла на разсейване θ на γ-кванта. Кинетичната енергия на електрона се определя от съотношението

Ефективното напречно сечение за разсейване на γ-квант от електрон не зависи от характеристиките на абсорбиращия материал. Ефективното напречно сечение на същия процес, на атом, пропорционално на атомния номер (или броя на електроните в атома) Z.
Напречното сечение на комптъновото разсейване намалява с увеличаване на γ-квантовата енергия: σ k ~ 1/E γ .

Обратният ефект на Комптън

Ако електронът, върху който е разпръснат фотонът, е ултралативистичен Ee >> E γ , то при такъв сблъсък електронът губи енергия и фотонът получава енергия. Такъв процес на разсейване се използва за получаване на моноенергийни лъчи от високоенергийни γ-кванти. За тази цел фотонният поток от лазера се разсейва под големи ъгли от лъч високоенергийни ускорени електрони, извлечени от ускорителя. Такъв източник на γ-кванти с висока енергия и плътност се нарича Л aser- Еелектронно- гама- С ource (КРАКА). В действащия в момента източник LEGS лазерното лъчение с дължина на вълната 351,1 μm (~0,6 eV) се превръща в γ-лъч с енергия от 400 MeV в резултат на разсейване от електрони, ускорени до енергии от 3 GeV).
Енергията на разпръснатия фотон E γ зависи от скоростта v на ускорения електронен лъч, енергията E γ0 и ъгъла на сблъсък θ на фотоните на лазерното излъчване с електронния лъч, ъгъла между φ посоките на движение на първичния и разпръснати фотони

При челен сблъсък

E 0 е общата енергия на електрона преди взаимодействието, mc 2 е енергията на покой на електрона.
Ако посоката на скоростите на изходните фотони е изотропна, тогава средната енергия на разпръснатите фотони γ се определя от съотношението

γ = (4E γ /3) (E e /mc 2).

Разсейването на релативистки електрони от микровълнова фонова радиация произвежда изотропно рентгеново космическо лъчение с енергия
E γ = 50–100 keV.
Експериментът потвърждава прогнозираната промяна в дължината на вълната на фотона, което свидетелства в полза на корпускулярната концепция за механизма на ефекта на Комптън. Ефектът на Комптън, заедно с фотоелектричния ефект, беше убедително доказателство за правилността на първоначалните положения на квантовата теория за корпускулярно-вълновата природа на частиците на микросвета.

За повече информация относно обратния ефект на Комптън вж.

ОПИСАНИЕ НА ИНСТАЛАЦИЯТА И ЕКСПЕРИМЕНТАЛНАТА ТЕХНИКА

ПРЕПРАТКИ

ЦЕЛ НА РАБОТАТА

КОМПТОНОВИЯТ ЕФЕКТ

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А No 7 Б

ТЕСТ ВЪПРОСИ

1. Каква е същността на явлението фотоелектричен ефект. Уравнението на Айнщайн за фотоелектричния ефект.

2. Формулирайте законите на Столетов за външния фотоелектричен ефект.

3. Определете червената граница на фотоелектричния ефект и работната функция.

4. Изведете работна формула за определяне на константата на Планк.

5. Изградете и обяснете ток-волтажните характеристики, наблюдавани по време на фотоелектричния ефект.

1. Изследвайте ефекта на Комптън с помощта на компютърен експеримент.

2. Определете зависимостта на изменението на дължината на вълната на падащото лъчение от ъгъла на разсейване.

1. Трофимова Т.И. Курс по физика: учебник. надбавка за университети / T.I. Трофимов. -
2-ро изд. - М.: По-високо. училище, 1990. - 478 с.

2. Савелиев И.В. Курс по обща физика: учеб. надбавка за студенти от висши учебни заведения. В 3 т. Т. 3: Квантова оптика. Атомна физика. Физика на твърдото тяло. Физика на атомното ядро ​​и елементарните частици / И.В. Савелиев. - М.: Наука, 1982. - 304 с.

3. Детлаф А.А. Курс по физика: учебник. надбавка за висши учебни заведения / А.А. Детлаф, Б.М. Яворски. - М.: По-високо. училище, 1989. - 608 с.

В края на 17 век почти едновременно възникват две теории за природата на светлината. — предложи Нютон теория на изтичане, според който светлината е поток от светлинни частици (корпускули), летящи от светещо тяло по праволинейни траектории. Хюйгенс предложи вълнова теория, в който светлината се разглежда като еластична вълна, разпространяваща се в световния етер.

Най-пълните корпускулярни свойства на светлината се проявяват в ефекта на Комптън. Американският физик А. Комптън, изучавайки през 1923 г. разсейването на монохроматичното рентгеново лъчение от вещества с леки атоми (парафин, бор), установява, че в състава на разсеяното лъчение, заедно с излъчването на първоначалната дължина на вълната, лъчението на се наблюдават и по-дълги вълни. Експериментите показват, че разликата Dl \u003d l "-l не зависи от дължината на вълната лпадащото лъчение и естеството на разсейващото вещество, но се определя само от големината на ъгъла на разсейване q:

д л = л" - л = 2л C грях 2 ( q/2), (1)

където l" е дължината на вълната на разсеяното лъчение, l C - Комптонова дължина на вълната,(когато фотон е разпръснат от електрон лС = 2,426 pm).

Комптън ефектнаречено еластично разсейване на късовълново електромагнитно лъчение (рентгеново и g-лъчение) върху свободни (или слабо свързани) електрони на вещество, придружено от увеличаване на дължината на вълната.

Обяснението на ефекта на Комптън е дадено на базата на квантовите концепции за природата на електромагнитните вълни. Ако приемем, както прави квантовата теория, че радиацията е поток от фотони, тогава ефектът на Комптън е резултат от еластичен сблъсък на рентгенови фотони със свободни електрони на материята (за леките атоми електроните са слабо свързани с ядрата на атоми, следователно в първо приближение те могат да се считат за свободни). По време на този сблъсък фотонът предава на електрона част от своята енергия и импулс в съответствие със законите за тяхното запазване.

Снимка 1

Помислете за еластичен сблъсък на две частици (Фигура 1) - падащ фотон с импулс стр g = hn / c и енергия e g = hn, със свободен електрон в покой (енергия на покой W 0 = m 0 c 2; m 0 е масата на покой на електрона). Фотон, сблъсквайки се с електрон, предава част от своята енергия и импулс към него и променя посоката на движение (разпръсква се). Намаляването на енергията на фотоните означава увеличаване на дължината на вълната на разсеяното лъчение. Нека импулсът и енергията на разпръснатия фотон са равни p"g=hn"/cи e"g=hn". Електрон, който преди това е бил в покой, придобива инерция p e =mv,енергия W=mc 2и влиза в движение - преживява обратна връзка. При всеки такъв сблъсък се изпълняват законите за запазване на енергията и импулса.

Според закона за запазване на енергията,

, (2)

Според закона за запазване на импулса,

к = м v + к ,(3)

Разделяне на първото уравнение на с, можете да го донесете до формата:

mc \u003d m 0 c + (k - k') . (4)

Квадратирането на това уравнение дава:

(mc) 2 =(m 0 c) 2 + ( k) 2 +( k’) 2 - 2( k)( k’)+2m 0 c (k - k’).(5)

От фигура 1 следва, че

Изваждайки уравнение (6) от уравнение (5), получаваме:

m 2 (c 2 –v 2) = m 0 2 c 2 - 2 2 kk’(1-cos )+2m 0 c (k - k’). (7)

Можете да се уверите, че m 2 (c 2 -v 2) = m 0 2 c 2, и тогава всичко идва на равенство:

m 0 c(k - k’) = kk’(1-cos ). (8)

Умножаване на уравнението по 2 и разделяне на m 0 ckk'и като се има предвид, че 2 / k = l, получаваме формулата:

. (9)

Изразът (9) не е нищо друго освен формула (1), получена експериментално от Комптън. Заместване на стойности в него ч, м 0 и сдава дължината на вълната на Compton на електрона l C = h / (m 0 c) = 2,426 pm.

Наличието на "неизместена" линия (лъчение с първоначалната дължина на вълната) в състава на разсеяното лъчение може да се обясни по следния начин. При разглеждане на механизма на разсейване се приема, че фотонът се сблъсква само със свободен електрон. Въпреки това, ако електронът е силно свързан с атома, какъвто е случаят с вътрешните електрони (особено в тежките атоми), тогава фотонът обменя енергия и импулс с атома като цяло. Тъй като масата на атома е много голяма в сравнение с масата на електрона, само незначителна част от енергията на фотона се прехвърля към атома. Следователно в този случай дължината на вълната l " разсеяното лъчение практически няма да се различава от дължината на вълната l на падащото лъчение.

Ефектът на Комптън се наблюдава не само върху електроните, но и върху други заредени частици, като протони, но поради голямата маса на протона, неговият откат е „видим“ само при разпръскване на фотони с много високи енергии.

Наличието на корпускулни свойства на светлината се потвърждава и от комптоновото разсейване на фотоните. Ефектът е кръстен на американския физик Артър Холи Комптън, който открива този феномен през 1923 г. Той изучава разсейването на рентгенови лъчи върху различни вещества.

Комптън ефект– промяна в честотата (или дължината на вълната) на фотоните по време на тяхното разсейване. Може да се наблюдава, когато рентгеновите фотони се разпръскват от свободни електрони или от ядра, когато се разсейва гама-лъчението.

Ориз. 2.5. Схема на настройка за изследване на ефекта на Комптън.

Tr- рентгенова тръба

Експериментът на Комптън беше следният: той използва т.нар K αв характерния рентгенов спектър на молибден с дължина на вълната λ 0 = 0,071 nm. Такова лъчение може да се получи чрез бомбардиране на молибденов анод с електрони (фиг. 2.5), отрязване на излъчване с други дължини на вълната с помощта на система от диафрагми и филтри ( С). Преминаването на монохроматично рентгеново лъчение през графитна мишена ( М) води до разсейване на фотони под определени ъгли φ , тоест да промени посоката на разпространение на фотоните. Чрез измерване с детектор ( д) енергията на фотоните, разпръснати под различни ъгли, може да се определи тяхната дължина на вълната.

Оказа се, че в спектъра на разсеяното лъчение наред с лъчението, съвпадащо с падащото лъчение, има лъчение с по-ниска енергия на фотоните. В този случай разликата между дължините на вълната на падащото и разсеяното лъчение ∆ λ = λ – λ 0 колкото по-голям, толкова по-голям е ъгълът, който определя новата посока на движение на фотоните. Тоест фотоните с по-голяма дължина на вълната бяха разпръснати под големи ъгли.

Този ефект не може да бъде обоснован с класическата теория: дължината на вълната на светлината не трябва да се променя по време на разсейване, т.к. под действието на периодично поле на светлинна вълна електронът осцилира с честотата на полето и следователно трябва да излъчва вторични вълни със същата честота под произволен ъгъл.

Обяснението за ефекта на Комптън е дадено от квантовата теория на светлината, в която процесът на разсейване на светлината се разглежда като еластичен сблъсък на фотони с електрони на материята. При този сблъсък фотонът предава на електрона част от своята енергия и импулс в съответствие със законите на тяхното запазване, точно както при еластичния сблъсък на две тела.

Ориз. 2.6. Комптоново разсейване на фотон

Тъй като след взаимодействието на релативистка частица от фотон с електрон, последният може да получи свръхвисока скорост, законът за запазване на енергията трябва да бъде написан в релативистична форма:

(2.8)

Където hv 0и hνса енергиите на инцидента и съответно на разпръснатите фотони, mc 2е релативистичната енергия на покой на електрона, е енергията на електрона преди сблъсъка, д де енергията на електрон след сблъсък с фотон. Законът за запазване на импулса има формата:

(2.9)

където p0и стрса импулсите на фотоните преди и след сблъсъка, peе импулсът на електрона след сблъсъка с фотона (преди сблъсъка импулсът на електрона е нула).

Квадратираме израза (2.30) и умножаваме по от 2:

Нека използваме формули (2.5) и изразим импулсите на фотоните чрез техните честоти: (2.11)

Като се има предвид, че енергията на релативисткия електрон се определя по формулата:

(2.12)

и използвайки закона за запазване на енергията (2.8), получаваме:

Поставяме в квадрат израза (2.13):

Нека сравним формули (2.11) и (2.14) и да извършим най-простите трансформации:

(2.16)

Честотата и дължината на вълната са свързани от връзката ν =s/ λ , така че формулата (2.16) може да бъде пренаписана като: (2.17)

Разлика в дължината на вълната λ – λ 0 е много малка стойност, така че промяната на Compton в дължината на вълната на лъчението се забелязва само при малки абсолютни стойности на дължината на вълната, тоест ефектът се наблюдава само за рентгеново или гама лъчение.

Дължината на вълната на разпръснатия фотон, както показва експериментът, не зависи от химичния състав на веществото, тя се определя само от ъгъла θ върху която е разпръснат фотонът. Това е лесно да се обясни, ако вземем предвид, че фотоните се разпръскват не от ядра, а от електрони, които са идентични във всяко вещество.

Стойност h/mcвъв формула (2.17) се нарича дължина на вълната на Комптон и за електрон е равна на λc= 2,43 10 –12 m.

Най-пълните корпускулярни свойства на светлината се проявяват в ефекта на Комптън. Комптън, изучавайки разсейването на монохроматичното рентгеново лъчение от вещества с леки атоми (парафин, бор), установи, че в състава на разсеяното лъчение, наред с излъчването на първоначалната дължина на вълната, се наблюдава и лъчение с по-голяма дължина на вълната.

Експериментите показват, че разликата Δ λ=λ΄-λ не зависи от дължината на вълната λ падащото лъчение и естеството на разсейващото вещество, но се определя само от ъгъла на разсейване θ :

Δ λ=λ΄-λ = 2λ sгрях 2 , (32.9)

където λ΄ - дължина на вълната на разсеяното лъчение, λ s- Дължина на вълната на Комптън
(когато фотон е разпръснат от електрон λ s= 2,426 pm).

Комптън ефектнаречено еластично разсейване на късовълново електромагнитно излъчване (рентгенови лъчи и γ -радиация) върху свободни (или слабо свързани) електрони на материята, придружено от увеличаване на дължината на вълната.

Този ефект не се вписва в рамките на вълновата теория, според която дължината на вълната не трябва да се променя по време на разсейване: под действието на периодично поле на светлинна вълна, електронът осцилира с честотата на полето и следователно излъчва разпръснати вълни със същата честота.

Обяснението на ефекта на Комптън е дадено на базата на квантовите концепции за природата на светлината. Ефектът на Комптън е резултат от еластичен сблъсък на рентгенови фотони със свободни електрони на материята (за леките атоми електроните са слабо свързани с ядрата на атомите, така че могат да се считат за свободни). По време на този сблъсък фотонът предава на електрона част от своята енергия и импулс в съответствие със законите за тяхното запазване.

Да разгледаме еластичен сблъсък на две частици (фиг. 32.3) - падащ фотон с импулс р f = hν/sи енергия E f = hν, със свободен електрон в покой (енергия на покой У 0 = m 0 с 2 ;м 0 е масата на покой на електрона). Фотон, сблъсквайки се с електрон, предава част от своята енергия и импулс към него и променя посоката на движение (разпръсква се). Намаляването на енергията на фотоните означава увеличаване на дължината на вълната на разсеяното лъчение. При всеки сблъсък се изпълняват законите за запазване на енергията и импулса.

Според закона за запазване на енергията

У 0 + E f=W + E f ", (32.10)

и според закона за запазване на импулса

r f = r e + r f ", (32.11)

Където У 0 = m 0 от 2е енергията на електрона преди сблъсъка, E f = hνе енергията на падащия фотон, У= - енергия на електрон след сблъсък, Е е " = hν"е енергията на разпръснатия фотон. Нека заместим в израза (32.10) стойностите на величините и представяйки (32.11) в съответствие с фиг. 32.3 получаваме

м 0 с 2 + hν = + hν",(32.12)

2 vv" cos θ . (32.13)

Решавайки заедно уравнения (32.12) и (32.13), получаваме

м 0 с 2 (ν- ν" )= hvv"(1 – cos θ ). (32.14)

Дотолкова доколкото v = c/λ, v" = c/λ"и Δ λ=λ΄-λ, получаваме

Δ λ= грях 2 . (32.15)

Изразът (32.15) не е нищо друго освен формула (32.9), получена експериментално от Комптън.

Наличието на неизместена линия (лъчение с първоначалната дължина на вълната) в състава на разсеяното лъчение може да се обясни по следния начин. При разглеждане на механизма на разсейване се приема, че фотонът се сблъсква само със свободен електрон. Въпреки това, ако електронът е силно свързан с атома, какъвто е случаят с вътрешните електрони (особено в тежките атоми), тогава фотонът обменя енергия и импулс с атома като цяло. Тъй като масата на атома е много голяма в сравнение с масата на електрона, само незначителна част от енергията на фотона се прехвърля към атома. Следователно в този случай дължината на вълната на разсеяното лъчение практически няма да се различава от дължината на вълната на падащото лъчение.

Ефектът на Комптън не може да се наблюдава във видимата област на спектъра, тъй като енергията на фотон на видимата светлина е сравнима с енергията на свързване на електрон с атом и дори външният електрон не може да се счита за свободен.

Ефектът на Комптън се наблюдава не само върху електроните, но и върху други заредени частици, като протони, но поради голямата маса на протона, неговият откат е „видим“ само при разпръскване на фотони с много високи енергии.

Както ефектът на Комптън, така и фотоелектричният ефект, базиран на квантови концепции, се дължат на взаимодействието на фотони с електрони. В първия случай фотонът се разсейва, във втория се абсорбира. Разсейването възниква, когато фотон взаимодейства със свободен електрон, а фотоелектричният ефект възниква, когато взаимодейства със свързани електрони. Когато фотон се сблъска със свободен електрон, поглъщането на фотон не може да се случи, тъй като това е в противоречие със законите за запазване на импулса и енергията. Следователно, когато фотоните взаимодействат със свободни електрони, може да се наблюдава само тяхното разсейване, т.е. ефектът на Комптън.