Etkisi” veya “Compton Saçınımı” olarak bilinir ve elektromanyetik radyasyonun parçacık konseptini gösterir.

Compton 1923 yılında fotonları partikül gibi momentumlarından kaynaklanan X-ışını kaymasını, Einstein’ın 1905’te Nobel
kazandığı foto-elektrik etkiyi açıklayan makalesini Physical Review’da yayınladı. Bu çalışmalar ilk olarak Max Plank tarafından 1900 senesinde, ışığın elementlerinin sadece ışığın frekansına bağlı olarak belli miktarda enerji taşıyabileceği şekilde kuantize edilmesi şeklinde avramsallaştırılmıştır. Makalesinde Compton, dalgaboyundaki kayma ile x-ışını saçınım açısı arasındaki matematiksel ilişkileri her x-ışını fotonunun bir elektron ile etkileşime girdiği kabulü ile türetmişdir. Makalesini deneysel verilerin aşağıda türetilmiş ilişki ile onaylandığını söyleyerek sonlandırmıştır
formula_1Yukarıdaki formulde, λ ilk dalga boyu, λ' yansıma sonrası dalga boyu, h Plank sabiti, M Elektron serbest kütlesi, c Işık hızı, α Saçınım açısı ""⁄"Mc" büyüklüğü elektronun Compton dalgaboyu olarak bilinir ve 2.43×10 m’e eşittir. Dalgaboyu kayması sıfır ("θ" = 0° "için)" ve iki elektron için Compton Dalgaboyu ("θ" = 180°) arasındadır.

Bazı X-ışınlarının büyük saçınım açıları ile saçınsalar dahi dalgaboylarında kayma gösterdiklerini farketmiştir. Bu
olayın gerçekleştiği her durumda foton elektron koparmayı başaramamıştır. Bu yüzden kaymanın büyüklüğü elektronun Compton Dalgaboyu ile ilişkili değil tüm atomun Compton Dalgaboyu ile ilişkilidir ki bu 10 000 kat küçük olabilir.

Compton daha sonra “Sonuçlarımı American Physical Society’e 1923’te sunduğumda hemen en ateşli şekilde tartışılan bilimsel fikir ayrılığı olmuştu ki bu benim gördüğüm en büyüğüydü” demiştir. Işığın dalga doğası iyi bir şekilde gösterilmiştir ve ikili doğası kolayca kabul görmemiştir. Söylemektedir ki krital kafes içerisinde kırınım ışığın dalga doğası ile açıklanabilmekteydi. Compton 1927’de Nobel Fizik Ödülünü kazanmıştır. Compton ve Alfred W. Simon aynı anda hem saçınan X-ışını fotonunu hem de geri tepen elektronu gözlemleyebilecek bir metot geliştirmişlerdir. Almanya’da Walther Bothe ve Hans Geiger bağımsız olarak benzer metotlar geliştirmişlerdir.

1923 senesinde Compton Chicago Üniversitesine  önündeki 22 yılını geçireceği fizik profesörü pozisyonunda
taşınmıştır.  1925’te J.J.Thomson’un ön
gördüğü şekilde 130 000 volt X-ışınının periyodik cetveldeki ilk 16 elementin
polarize hallerinden saçınımını göstermiştir. Harvard Üniversitesinden William
Duane’in öncülüğünde Compton’un Compton etkisi üzerine yaptığı yorum yanlış
olduğunu kanıtlamak için çalışmalar yapılmıştır. Duane bir seri deney yaparak
Compton’un fikrini çürütmek istemiştir fakat Compton’ın haklı olduğuna dair
sonuçlar elde etmiştir. 1924’de Duane durum Compton’ın dediği gibi olduğu
sonucuna varmıştır.

Compton
X ışınlarının tuz içerisindeki sodyum ve klorin çekirdekleri üzerindeki
etkisini incelemiştir. X ışınlarını ferromanyetizmi incelemek için kullanmış ve
bu etkinin elektron spinlerinin aynı hizaya gelmesi sonucu olduğunu bulmuştur.
1926’da General Electric Lamba Departmanına danışmanlık hizmeti vermeye
başlamıştır. 1934’te ingiltereye dönmüş ve Oxford Üniversitesinde misafir
profesörlük yapmıştır. Bu sırada Wembley’de bulunan General Electric Company’nin
araştırma laboratuvarındaki aktiviteler ile ilgili rapor vermesini istemiştir.
Orada yapılan flüoresan lambalar konusunda araştırmaların olanakları Compton’ın
merakını çekmiştir. Hazırladığı rapor Amerika’da bu lambayı geliştiren
araştırma programını başlatmış.

Compton’un ilk kitabı X-ışınları ve Elektronlar 1926’da basıldı.
Kitabında X-ışını kırınım desenlerinden nasıl kırınım yoğunluğunun
hesaplanacağını göstermiştir. Samuel K. Allison’ın yardımı ile kitabını revize
etmiş ve Teoride ve Pratikte X-Işınları olarak 1935’de yayınlamıştır. Bu
çalışması sonraki 30 yıl daha standart referans olarak yerini korumuştur.

1930'ların
başında Compton kozmik ışınlar ile ilgilenmeye başladı. O zamanda varlıkları
bilinmekte fakat kaynakları ve doğaları çok spekülatif kalmaktaydı. Varlıkları
hava veya argon gazı ile dolu küresel “bomba” kapta gazın iletkenliğinin
ölçülmesi ile belirlenebilmekteydi. Avrupa Hindistan, Meksika, Peru ve
Avustralya’ya yaptığı geziler Compton’a farklı yükseklik ve enlemlerde kozmik
ışınları ölçme fırsatı sunmuştur. Dünyanın diğer yerlerinde de ölçüm yapan
gruplarla birlikte  fark edilmiştir ki
kozmik ışınlar kutuplarda ekvatora göre %15 daha yoğundur. Compton bunun
sebebinin kozmik ışınların, Robert Milikan’ın önerdiği fotonlardan oluşmanın
aksine,kısmi olarak yüklü parçacıklardan oluştuğu sonucuna varmıştır. Enlem
etkisini Dünya’nın elektromanyetik alanından dolayı olduğunu düşünmüştür.

Nisan
1941’de Vannevar Bush, Ulusal Savunma Araştırma Komitesi (NDRC) başkanı,
Compton tarafından yönetilen özel bir komite oluşturup NDRC uranyum programı
ile ilgili rapor vermelerini istemiştir. Mayıs 1941’de gönderilen Compton’un
raporu uranyum-235 veya daha yeni keşfedilen plutonyum ile radyolojik silahlar,
nükleer itme güçlü gemiler ve nükleer silahlar üretmenin mümkün olabileceğini
öngörmüştür. Ekimde atom bombasının uygulanabilirliği ile ilgili bir rapor
sunmuştur. Bu rapor için Enrico Fermi uranyum-235 için kritik kütle ile
hesaplamalar için çalışmış ve bunun 20 kg ile 2 ton arasında olduğunu tahmin
etmişlerdir. Ayrıca uranyum zenginleştirmenin başarı şansını Harold Urey ile
tartışmış, nükleer reaktör içerisinde plutonyum üretiminin olabileceği ile
alakalı Eugene Urey ile konuşmuş ve Robert Serber ile reaktör içerisinde
üretilen plutonyumun uranyumdan ayrıştılıabileceğini tartışmıştır. Raporu kasım
oyunda gönderilmiştir ve raporda atom bombasının yapılabilir olduğunu fakat
bombanın yıkıcı gücü konusunda Mark Oliphant ve İngiliz meslektaşlarından daha
tutucu olduğunu belirtmiştir.

Compton’ın
kasım ayında hazırladığı raporun son halinde plutonyumun kullanılması ile
ilgili bir kısım bulunmamaktadır fakar Ernest Lawrance’ın son araştırmalarından
sonra Compton plutonyum bombasının da yapılabilir olacağı konusunda ikna olmuştur.
Aralık ayında Compton plutonyum projesinin başına getirilmiştir. Haziran 1943’e
kadar kontrollü zincirleme reaksiyonu gerçekleştirmeyi ve haziran 1945’e kadar
da bombayı üretmiş olmayı ummuştur. Problemi aşmak için plutonyum ve nükleer
reaktör tasarımları üzerine Metalurji Laboratuvarında beraber çalışacak
Columbia, Princeton, California, Berkeley gibi üniversitelerden gelen farklı
araştırma gruplarına sahipti. Amaçları uranyumu plutonyuma çevirecek reaktörler
üretmek ve plutonyumu uranyumdan kimyasal olarak ayrıştırmanın yollarını bulmak
ve ayrıca tasarlayıp atom bombasını yapmaktı.

Haziran
1942’de ABD Ordu Mühendisleri Bölümü nükleer silah programını kontrolü altına
almaya başladı ve Compton’un Metallurji Laboratuvarıyla Manhattan Projesinin bir
parçası oldu. O ay Compton Robert Oppenheimer’a bombanın tasarlanması
sorumluluğunu verdi. Metalurji Laboratuvarlarında çalışanların geliştirdiği
farklı reaktör tasarımlarından birini seçip onun doğrultusunda devam etme
görevi daha önce başarılı bir reaktör yapılmamış olsa da Compton’a düştü.

İşçi
anlaşmaslıklarından dolayı Red Gate Woods’daki yeni evindeki Metalurji
Laboratuvarlarının inşası ertelendiğinde, Compton Chicago Pile-1, ilk nükleer
reaktörü Stagg Fields’da kurmaya karar verdi. Fermi’nin direktörlüğünde 2
aralık 1942’de ilk defa çalıştırıldı. Compton Mallinckrodt’un urantum madenini
saflaştırma işini üstlenmesini ve DuPont’un Oak Ridge, Tennessee’de plutonyum yarısını inşa etmesini
ayarladı.

Plutonyum programında büyük kriz Temmuz 1943’de Emilio Segre’nin grubu
X-10 Grafit Reaktöründe üretilen plutonyumun yüksek miktarda plutonyum-240
içerdiğini doğruladığı zaman ortaya çıktı. Bu malzemenin kendiliğinden fisyonu
plutonyumun tabanca-tipi nükleer silah olarak kullanılması olasılığını ortadan
kaldırıyordu. Oppenheimer’in Los Alamos Laboratuvarı bu sorunu içine patlayan
tipte nükleer silah tasarımı ile aştı. Campton Eylül 1944’de ilk reaktörün
çalıştırılması esnasında Hanford alanındaydı. İlk grup uranyum çubuğu Reaktör
B’ye  kasım 1944’te beslendi ve Los Alamos’a
plutonyum gönderilmesi Şubat 1945’te başladı. Savaş boyunca Compton bilimsel
danışman ve yönetici olmaya devam etti. 1945’te Lawrance, Oppenheimer ve Fermi
ile birlikte Bilimsel Panel’de Japonya’ya karşı askeri olarak nükleer silah
kullanımını önerdi. Manhattan Projesindeki hizmetlerinden ötürü Liyakat
Madalyası ile ödüllendirildi.

Savaşın
ardından Compton Chicago Üniversitesindeki Charles H. Swift Seçkin Hizmet Fizik
Profesörlüğü makamından istifa etmiş ve St.Louis Washington Üniversitesine
geri dönüp üniversitenin 9. rektörü olarak göreve başlamıştır. Compton’ın
rektörlüğü süresince  üniversite resmi
olarak  lisans bölümlerinde ırk ayrımını
sonlandırmış, ilk bayan profesörünü işe almış ve asker emeklilerinin savaştan dönmesi
ile rekor sayıda öğrenci kabul etmiştir. Ünü ve ulusal bilimsel çevrelerdeki
bağlantıları sayesinde üniversiteye birçok ulusal anlamda ünlenmiş bilimsel
araştırmacı kazandırmıştır. Başarılarına rağmen Compton, tarihçiler tarafından
ırksal ayrımı sonlandırma konusunda, Washington Üniversitesi’nin yüksek son
büyük öğrenim kuruluşunun kapılarını Afrikalı Amerikalılara açmada yavaş
davranmak ile suçlamışlardır.

Compton
rektör olarak 1954’te emekli olmuş ve 1961’de tam zamanlı olarak emekli olana
kadar Doğa Felsefesi Seçkin Hizmet Profesörlüğüne devaqm etmiştir.
Emekliliğinde Atomic Quest adlı Manhattan Projesindeki rolünü anlatan kişisel
notlarını 1956’da basmıştır.

Compton
iki aşamalı özgür irade modelini öneren sayılı bilim insanları ve
felsefecilerden biridir. Diğerleri William James, Henri
Poincaré, Karl Popper, Henry Margenau, ve Daniel Dennett’tir. 1931’de Compton
insan özgürlüğünü  kaynağı olarak kuantum
belirsizliği yola çıkarak mikroskobik kuantum olaylarının makroskobik dünyaya
olasılık getirdiği fikrini ortaysa atmıştır. Kendisinin, bir amfiye bağlı
dinamit çubuklarının Schrödinger’in kedisi paradoksunun sonucuna bağlı olan
garip mekanizması