Este fenômeno físico não está relacionado apenas a sistemas macroscópicos estudados pela Física Clássica como por exemplo as colisões em uma jogada de bilhar, colisões entre veículos ou colisões entre grandes asteroides , mas também a sistemas microscópicos, explicados pela chamada Física Moderna, parte da Física que tem grande destaque na produção e  evolução de muitas tecnologias que nos rodeiam como o tratamento e transmissão de informações através da internet, obtenção de imagens, tecnologia de transportes, funcionamento de sensores como as de portas de shopping e agências bancárias, equipamentos médicos e até mesmo os celulares como os smartphones.

   É importante lembrar que em 2015 celebramos o Ano Internacional da Luz, em comemoração ao aniversário de diversas descobertas relacionadas ao tema Luz e sua interação com a matéria. Dentre estas descobertas, podemos destacar os 110 anos da Teoria de Albert Einstein que explica a natureza da Luz a partir de um efeito chamado de Efeito Fotoelétrico. Einstein comprovou através do Efeito Fotoelétrico que a luz tinha o comportamento de corpúsculos ou partículas de energia (E = hv). Devido esta descoberta Einstein foi agraciado em 1923 com o Prêmio Nobel de Física. No entanto, uma questão a respeito do comportamento da luz se é realmente uma partícula ficou sem ser resolvida. Se a Luz se comporta como partícula (corpo), além de transportar uma quantidade de energia, esta partícula também deve ter determinada quantidade de movimento ou momentum linear , assim como atribuímos quantidade de movimento a corpos que estão se movimentando, por exemplo um carro trafegando em uma rodovia.          Deste modo, relembrando a interação entre bolas de bilhar, quando a partícula de luz interage com uma partícula de matéria (elétron), podemos comparar de forma similar ao bilhar a conservação da quantidade de movimento de uma partícula de luz.

    Toda esta investigação se deu entre 1916 e 1922 quando o físico americano Arthur H. Compton realizou uma série de experimentos e formulou diversas hipóteses para entender como se dava a interação entre raios-x e a matéria. Após alguns anos de atividades em laboratório e estudos teóricos baseados na Física Clássica e na teoria quântica da luz (Física Moderna), Compton ganhou o Prêmio Nobel de Física pela descoberta do Efeito Compton, que confirmou o entendimento da luz como partícula a partir do evento de colisão, assim como estudado na física clássica com bolas de bilhar. Dando prosseguimento a está relação da Física Moderna com o clássico evento de colisão entre bolas de bilhar, vamos destacar algumas definições importantes para melhor entendermos o Efeito Compton.

   Você deve estar associando o que foi dito acima sobre raios-x com a máquina utilizada na área de saúde que captura imagens de ossos. Mas não é bem assim, raios-x é uma radiação luminosa que é produzida através da interação entre elétrons e campo elétrico do núcleo de um átomo. Seria assim: Um elétron ejetado entra numa região que o força a frear e perder sua velocidade. Ao ser desacelerado o elétron libera uma partícula de luz de energia específica que vai 12,4 a 124 eV, chamado raios-x, uma radiação luminosa de alta energia.

   Em seus experimentos, Compton fez incidir um feixe de raios-x sobre um alvo de grafite, como citado acima, afim de entender a colisão entre a partícula de luz (fóton) e a matéria (elétron) que constituem a placa. Para isto, Compton mediu os comprimentos de onda dos raios-x espalhados após a colisão com o alvo de grafite, em várias direções pré-selecionadas, e percebeu que ao contrário do que previa a física clássica o elétron ao receber a energia do fóton, absorve somente a quantidade de energia suficiente para escapar do material e o restante da energia permanece com o fóton que é espalhado em uma direção oposta.  A energia (E) e frequência (f) da partícula de luz são menores, portanto, maior é seu comprimento de onda.

    Para melhor entendimento sobre as ideias de Compton, vamos analisar com cuidado a figura abaixo, que representa esquematicamente o espalhamento de uma partícula de luz (fóton espalhado) após a interação fóton incidente-elétron. Tudo acontece como num jogo de bilhar: 1º) O fóton de raios-x (partícula de luz) viaja com uma quantidade de movimento inicial (Qfóton inicial) e com uma energia (Efóton inicial) representada pela onda azul; 2º) Em seguida a onda azul colide com o alvo de grafite cuja partícula elétron está parada, ou seja, com quantidade de movimento nula (Qelétron inicial=0); 3º) Após a colisão, como é conhecido, as duas partículas que estão interagindo são espalhadas, mantendo a conservação da quantidade de movimento como no esquema a seguir:

Q final do espalhamento + Q elétron espalhado = Q fóton inicial +Q elétron inicial

   Que recai no que já vimos sobre a conservação da quantidade de movimento (Quantidade de movimento final igual à quantidade de movimento inicial). O elétron é espalhado de acordo com uma quantidade de movimento Qelétron espalhado, e consequentemente com uma energia cinética Ecelétron espalhado maior que zero, observando também o fóton espalhado com uma quantidade de movimento Qfóton espalhado, e uma energia Efóton espalhado (onda verde na figura) que é menor que a energia do fóton incidente.