Arthur H. Compton aprovechó el concepto de fotón del efecto fotoeléctrico en su investigación de colisiones de ondas electromagnéticas con cargas libres en 1923.
De acuerdo con la teoría clásica al incidir una onda electromagnética sobre cargas libres, éstas oscilarían con la frecuencia de dicha onda y emitirían nuevas ondas con esa misma frecuencia.
Compton señaló que esas nuevas ondas debían ser fotones dispersados y que además su longitud de onda sería mayor, ya que se perdería energía al producirse el choque del fotón incidente con el electrón. Una vez realizados los cálculos llegó a la ecuación de Compton:
En ella, definía la diferencia de longitud de onda del fotón incidente con el dispersado mediante una constante llamada longitud de onda de Compton, así como del ángulo de desviación del fotón resultante respecto al incidente.
Para demostrar su validez, necesitaba trabajar con longitudes de onda muy pequeñas, así que utilizó rayos X, cuya longitud de onda es del orden de picometros.
Los resultados de Compton concordaban con su fórmula, confirmando la existencia de los fotones y reafirmando la constante de Planck.
Con el descubrimiento e interpretación del efecto Compton, la existencia de los cuantos quedaba fuera de toda duda. Einstein había tenido mucho éxito explicando el efecto fotoeléctrico con la tesis de los cuantos, pero muchos físicos no aceptaban todavía esta explicación porque era totalmente contraria a la naturaleza ondulatoria de la radiación electromagnética.
Los físicos de la época se encontraban ante un problema importante, ya que la radiación electromagnética se comportaba como partículas en determinadas condiciones y como onda en otras.
Compton consiguió el premio Nobel en 1927 por su descubrimiento.
