Photonen
können mit Elektronen wechselwirken. Besonders deutlich zeigt sich
das, wenn man Grafit Röntgenstrahlung aussetzt: Grafit enthält
Elektronen mit vernachlässigbar kleiner Austrittsarbeit. Man kann diese
Elektronen als frei oder als lose gebunden ansehen. Trifft ein Röntgenphoton
auf ein freies Elektron, so kommt zu einer Wechselwirkung, so wie sie in
Bild 1 dargestellt ist. Man spricht von einer Streuung
des Photons. Nach der Streuung hat
das Photon eine kleinere Frequenz und damit eine größere Wellenlänge
als zuvor. Es besitzt damit auch eine kleinere Energie. Die Energieverringerung
beim Photon ist nach dem Energieerhaltungssatz gleich der Energievergrößerung
beim Elektron. Für das System Photon - Elektron gilt auch der Impulserhaltungssatz.
Auf das Elektron wird nicht nur Energie, sondern auch Impuls übertragen.
Man kann sich folglich die Wechselwirkung zwischen Photon und Elektron energetisch
wie einen elastischen Stoß vorstellen.
Entdeckt wurde dieser Effekt im Jahre 1922 von dem US-amerikanischen Physiker
ARTHUR HOLLY COMPTON (1892-1962). Er wird nach ihm als COMPTON-Effekt bezeichnet.
Für die Entdeckung dieses Effekts wurde COMPTON 1927 mit dem Nobelpreis
für Physik geehrt.
Um die Änderung der Wellenlänge beim Photon auszurechnen, wendet an den Energieerhaltungssatz und den Impulserhaltungssatz auf das System Photon - Elektron an und erhält folgendes Ergebnis:
Für die Wellenlängenzunahme 
des Röntgenphotons in Abhängigkeit von seiner Richtungsänderung,
dem Streuwinkel,
gilt:
Die Konstante 
bezeichnet man als COMPTON-Wellenlänge.
Diese hat einen Wert von:
Eine Interpretation dieser Gleichung ergibt:
Die Wellenlängenänderung ist unabhängig von der Frequenz
des auftreffenden Photons. Deshalb macht sie sich bei kleinen Wellenlängen
(hohen Frequenzen) prozentual am stärksten bemerkbar, z.B. bei Röntgenphotonen.
Sie tritt aber auch bei Photonen anderer Frequenzen auf.
Herleitung der
Gleichung für die Wellenlängenzunahme
Für den Stoß eines Photons gegen ein als ruhend angenommenes
Elektron gelten der Energie- und der Impulserhaltungssatz der klassischen
Mechanik.
Für die Energie gilt:
Für den Impuls gilt:
Ausgehend von Bild 2 erhält man für die Impulse unter Anwendung
des Kosinussatzes den Ausdruck:
Setzt man den Ausdruck in den oben genannten Energieerhaltungssatz
ein, so erhält man:
In etwas anderer Schreibweise erhält man:
