آرثر كومبتون
الحياة المهنية

ظاهرة كومبتون
عُين كومبتون بعد عودته إلى الولايات المتحدة أستاذًا للفيزياء ورئيسًا لقسم الفيزياء في جامعة واشنطن في سانت لويس في عام 1920، أما في عام 1922 وجد كومبتون الطول الموجي للأشعة السينية التي تناثرت بسبب الإلكترونات الحرة، وكان ذلك استنادًا لعلاقة بلانك أن الطاقة الصادرة أقل من الأشعة السينية الواردة، أي تم نقل الطاقة الزائدة إلى الإلكترونات، وسمي هذا الإكتشاف بظاهرة كومبتون، الذي فسر الجسيمات في الإشعاع الكهرومغناطيسي 
في عام 1923، نشر كومبتون بحثًا في مجلة فيزيكال ريفيو شرح فيها تحول الأشعة السينية عن طريق إسناد زخم الجسيمات إلى الفوتونات، وهو أمر استند إليه أينشتاين في تفسيره الذي حاز جائزة نوبل عام 1905 للتأثير الكهروضوئي، افترض ماكس بلانك لأول مرة في عام 1900، وقد تم تصور هذه العناصر على أنها عناصر من الضوء «مُكمَّمة» من خلال احتوائها على كمية محددة من الطاقة اعتمادًا على تردد الضوء فقط.
في ورقته البحثية، اشتق كومبتون العلاقة الرياضية بين التغير في الطول الموجي وزاوية تشتت الأشعة السينية بافتراض أن كل فوتون من الأشعة السينية المتناثرة يتفاعل مع إلكترون واحد فقط.
وقد خُتم بحثه بذكر التجارب التي أثبتت علاقته المشتقة:
\lambda '-\lambda ={\frac {h}{m_{e}c}}(1-\cos {\theta }),
\lambda : هو الطول الموجي الأولي
\lambda ': هو الطول الموجي بعد التشتت
h: هو ثابت بلانك
m_{e}: هي الكتلة السكونية للإلكترون
c: هي سرعة الضوء
\theta : هي زاوية التشتت.
أما الكمية h⁄mec فهي
تعرف بالطول الموجي لإلكترون كومبتون والتي تساوي 2.43×10−12 م وإزاحة الطول الموجي λ′ − λ تقارب الصفر لـ (θ = 0°)
وضعف الطول الموجي لإلكترون كومبتون لـ (θ = 180°).
وقد وجد كومبتون أن بعض الأشعة السينية لم يحصل عليها أي تغير في الطول الموجي على الرغم من تناثرها من خلال زوايا كبيرة، أي كأنه في كل من هذه الحالات، فشل الفوتون في إخراج إلكترون، وبالتالي، فإن مقدار التغير لا يرتبط بطول موجة كومبتون للإلكترون، ولكن بطول موجة كومبتون للذرة بأكملها، والذي يمكن أن يكون أصغر بمقدار 10000 مرة.
لقد بدأ الجدل العلمي الأكبر الذي سببه كومبتون، عندما قدم نتائجه في اجتماع للجمعية الفيزيائية الأمريكية في عام 1923، ولم يكن من السهل قبول فكرة أنه يمكن أن يكون للفوتون طبيعة مزدوجة. فقد كان من الواضح بشكل خاص أن الانحناء في الشبكة البلورية لا يمكن تفسيره إلا بالرجوع إلى طبيعته الموجية. وقد حصل كومبتون على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1927.
طور كومبتون وألفريد دبليو سيمون طريقة لرصد فوتونات الأشعة السينية الفردية المتناثرة وإلكترونات الارتداد في نفس اللحظة وفي ألمانيا، طور والثر بوث وهانز جيجر بشكل مستقل طريقة مماثلة.
الأشعة السينية
في عام 1923، انتقل كومبتون إلى جامعة شيكاغو كأستاذ للفيزياء وهو المنصب الذي شغله لمدة 22 عام
في عام 1925 أوضح أن تشتت الأشعة السينية يظهر بقوة 130.000 فولت من العناصر الستة عشر الأولى في الجدول الدوري، وهي النتيجة التي تنبأ بها طومسون، و قد بذل ويليام دوان من جامعة هارفارد جهودًا عالية لإثبات أن تفسير كومبتون كان خاطئًا، وقد أجرى دوين سلسلة من التجارب لمخالفة كومبتون، لكنه وجد دليلًا على صحة تأثير كومبتون وقد أكد ذلك في عام 1924.
درس كومبتون تأثير الأشعة السينية على نواة الصوديوم والكلور في الملح، وقد استخدم الأشعة السينية للتحقيق في المغناطيسية الحديدية، واستنتج في عام 1926 أنها كانت نتيجة دوران الإلكترونات، ثم أصبح مستشارًا لقسم المصابيح في شركة جنرال إلكتريك، في عام 1934 عاد إلى إنجلترا كأستاذ زائر في جامعة أكسفورد في إيستمان وفي أثناء وجوده هناك طلبت منه شركة جنرال إلكتريك الإبلاغ عن الأنشطة في مختبر أبحاث شركة جنرال إلكتريك في ويمبلي، كان كومبتون مفتونًا بإمكانيات البحث هناك في مصابيح الفلورسنت، وقد دفع تقريره إلى تطوير برنامج بحثي في أمريكا.
في عام 1926 نُشر كتاب كومبتون الأول في الأشعة السينية والإلكترونات، وقد شرح فيه كيفية حساب كثافة المواد الانعراجية وهي من أنماط حيود الأشعة السينية، وقد شاركه عام 1935 صموئيل كينج أليسون في مراجعة وتدقيق كتابه عن إنتاج الأشعة السينية في النظرية والتجربة، وقد بقي هذا العمل مرجعًا للثلاث عقود اللاحقة.
الأشعة الكونية
أصبح كومبتون مهتمًا بالأشعة الكونية في أوائل ثلاثينيات القرن الماضي، التي كان وجودها معروفًا ولكن أصلها وطبيعتها مجرد تخمين، تمكن الكشف عن وجودها باستخدام "قنبلة" كروية تحتوي على هواء مضغوط أو غاز الأرجون بقياس توصيلها الكهربائي.
وقد أعطت الرحلات إلى أوروبا والهند والمكسيك وبيرو وأستراليا الفرصة لكومبتون لقياس الأشعة الكونية على ارتفاعات وخطوط عرض مختلفة بمشاركة مجموعات أخرى سجلت ملاحظات حول العالم، وقد وجدوا أن الأشعة الكونية كانت أكثر كثافة بنسبة 15 ٪ عند القطبين مقارنة بخط الاستواء ونسب كومبتون هذا إلى تأثير الأشعة الكونية التي تتكون أساسًا من جسيمات مشحونة، كما اقترح روبرت ميليكان تأثير خط العرض الناتج عن مغناطيسية أرضية.