康普頓散射（Compton scattering）

當一束光從一個自由電子上彈開時，你或許會以為反射光會保持原來的顏色，就像球彈回來後大小不變。然而，從電子上散射出來的 X 射線，波長會稍微變長——顏色稍微變紅——而且這種偏移取決於角度。這就是康普頓散射，由阿瑟·康普頓在 1923 年發現，它是光確實以類似粒子的量子形式出現的決定性證據。

解釋其實就是一次簡單的撞球碰撞，只不過是發生在光子和電子之間。光子既攜帶能量也攜帶動量，當它撞上一個靜止的電子時，會把電子往前撞，交出一部分自己的能量和動量。光子既已交出能量，出來時能量就變少了，對光而言，這意味著波長變長。把普通的能量與動量守恆用到光子-電子碰撞上，你就能預言波長隨角度的精確變化——這個預言與實驗吻合得極好，而如果光只是一種波，這就講不通了。

在量子電動力學裡，康普頓散射是教科書式的過程之一，由量子電動力學的基本頂點搭成：一個電子吸收入射光子，再重新發射一個出射光子。計算它的機率——康普頓截面——是這套理論早期的一項勝利。同樣的物理遠不止於實驗室：康普頓散射決定了 X 射線和伽馬射線如何穿透物質，是醫學成像和輻射屏蔽的基礎，也塑造了來自熾熱早期宇宙的光與電子的交互作用方式。