Pada tahun 1929, Compton dalam penyelidikan tentang hamburan sinar x yang dikenakan pada lempeng logam mengamati adanya variasi panjang gelombang sinar x yang terhambur. Hal ini diterangkan berdasarkan teori foton Einstein dan efek foto listrik, serta penerapan rumus momentum dan hukum kekekalan energi.
Seperti halnya pada fotolistrik dalam menjelaskan efek Compton, cahaya harus dianggap terdiri dari foton-foton yang energinya sebesar tetapan planck dikalikan dengan frekuensi (E=hf). Dalam peristiwa ini foton sinar x menumbuk elektron yang berada dalam keadaan diam. Foton ini mengalami hamburan dari arah semula, sedangkan elektron yang diam menerima impuls dan mulai bergerak. Foton yang membawa energi kehilangan sebagian energinya dan terhambur dengan frekuensi yang berbeda dengan frekuensi semula. Kehilangan sejumlah energi tersebut sesungguhnya di terima oleh elektron dan dijadikan sebagai energi kinetik.
Perbedaan panjang gelombang antara foton yang datang dan foton yang terhambur ternyata tidak bergantung panjang gelombang foton yang datang tetapi bergantung pada sudut hamburan (θ). Dalam persamaan untuk menghitung panjang gelombang tersebut, muncul faktor h/moc dimana mo menyatakan massa diam elektron, c kecepatan cahaya dan h tetapan Planck. Jadi gejala Compton adalah gejala dimana sinar x yang menumbuk elektron dihamburkan dengan panjang gelombang yang lebih besar. Panjang gelombang foton sinar x setelah terhambur (λ’) akan lebih besar dari panjang gelombang foton sinar x mula-mula atau foton datang (λ).
Berdasarkan prinsip kekekalan energi dan momentum, maka dapat ditunjukkan bahwa: |
Δλ =
λ’ - λ = h/moc (1
- cos θ) |
h = Konstanta Planck (h = 6,636 x 10-34Js)
θ = sudut simpangan
mo = Massa diam elektron (mo = 9,1 x
10-31 Kg)
c = Kecepatan
Cahaya (c = 3 x 108 m/s)
λ = Foton datang (Hz)
λ’ = Foton Hambur
(Hz)
Panjang gelombang sinar-x yang dihamburkan (λ) atau selisih panjang gelombang (λ’ - λ) bergantung pada sudut hamburan θ. Nilai h/moc = 0,0243 Ã… atau disebut panjang gelombang Compton. Bila sudut hamburan θ = 90o, selisih panjang gelombang Δλ = 0,0243 Ã…. Compton berhasil membuktikan bahwa nilai selisih panjang gelombang (Δλ) hasil perhitungan teori sama besarnya dengan nilai hasil percobaan. Hal ini menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik bersifat seperti partikel. Percobaan ini, yang menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik bersifat seperti partikel, disebut efek Compton.
