康普顿散射（Compton scattering）

当一束光从一个自由电子上弹开时，你或许会以为反射光会保持原来的颜色，就像球弹回来后大小不变。然而，从电子上散射出来的 X 射线，波长会稍微变长——颜色稍微变红——而且这种偏移取决于角度。这就是康普顿散射，由阿瑟·康普顿在 1923 年发现，它是光确实以类似粒子的量子形式出现的决定性证据。

解释其实就是一次简单的台球碰撞，只不过是发生在光子和电子之间。光子既携带能量也携带动量，当它撞上一个静止的电子时，会把电子往前撞，交出一部分自己的能量和动量。光子既已交出能量，出来时能量就变少了，对光而言，这意味着波长变长。把普通的能量与动量守恒用到光子-电子碰撞上，你就能预言波长随角度的精确变化——这个预言与实验吻合得极好，而如果光只是一种波，这就讲不通了。

在量子电动力学里，康普顿散射是教科书式的过程之一，由量子电动力学的基本顶点搭成：一个电子吸收入射光子，再重新发射一个出射光子。计算它的概率——康普顿截面——是这套理论早期的一项胜利。同样的物理远不止于实验室：康普顿散射决定了 X 射线和伽马射线如何穿透物质，是医学成像和辐射屏蔽的基础，也塑造了来自炽热早期宇宙的光与电子的相互作用方式。