Wyprowadzenie wzoru na energię fotonu rozproszonego Opieramy się na założeniu, że rozpraszanie Comptona jest zderzeniem sprężystym pomiędzy dwiema cząstkami: fotonem o długości fali λ i spoczywającym elektronem. Do opisu zderzenia możemy więc stosować zasady zachowania: pędu i energii. Pęd i energia fotonu wynoszą odpowiednio: Energia i pęd elektronu związane są ze sobą zależnością relatywistyczną:
Z zasady zachowania pędu wynika, że wektory pędu cząstek przed zderzeniem i po zderzeniu muszą leżeć w jednej płaszczyźnie. Możemy więc opisywać zderzenie w dwuwymiarowym układzie współrzędnych na tej płaszczyźnie. Przyjmujemy, że przed zderzeniem foton porusza się wzdłuż osi
Zasada zachowania energii – w stanie początkowym mamy foton o długości fali i spoczywający elektron, w stanie końcowym foton o długości fali i elektron o pędzie
Zasada zachowania pędu – składowa
Zasada zachowania pędu – składowa
Kwadrat pędu elektronu po zderzeniu:
i można tu wstawić składowe wyliczone z zasady zachowania pędu:
Podstawiając to do równania zasady zachowania energii i dzieląc przez można otrzymać następujące równanie (teraz pozostały już tylko przekształcenia algebraiczne):
Podnosząc obustronnie do kwadratu
i po redukcji:
Mnożąc przez i przerzucając jeden człon na prawą stronę, otrzymujemy wyrażenie Comptona: