Cuando el físico estadounidense Arthur Compton descubrió que las ondas de luz se comportan como partículas en 1922, y podría sacar electrones de los átomos durante un experimento de impacto, fue un hito para la mecánica cuántica. Cinco años después, Compton recibió el Premio Nobel por este descubrimiento. Compton usó luz de onda muy corta con alta energía para su experimento, lo que le permitió descuidar la energía de enlace del electrón al núcleo atómico. Compton simplemente asumió para sus cálculos que el electrón descansaba libremente en el espacio.

Durante los siguientes 90 años hasta el presente, Se han realizado numerosos experimentos y cálculos con respecto a la dispersión de Compton que continuamente revelaba asimetrías y planteaba acertijos. Por ejemplo, se observó que en ciertos experimentos, la energía parecía perderse cuando la energía de movimiento de los electrones y las partículas de luz (fotones) después de la colisión se compararon con la energía de los fotones antes de la colisión. Dado que la energía no puede simplemente desaparecer, se asumió que en estos casos, contrariamente a la suposición simplificada de Compton, la influencia del núcleo en la colisión de fotones y electrones no podía pasarse por alto.

Por primera vez en un experimento de impacto con fotones, un equipo de físicos dirigido por el profesor Reinhard Dörner y el candidato a doctorado Max Kircher en la Universidad Goethe de Frankfurt ahora ha observado simultáneamente los electrones expulsados ​​y el movimiento del núcleo. Para hacerlo irradiaron átomos de helio con rayos X de la fuente de rayos X PETRA III en la instalación de aceleración DESY de Hamburgo. Detectaron los electrones expulsados ​​y el resto cargado del átomo (iones) en un microscopio de reacción COLTRIMS, un aparato que Dörner ayudó a desarrollar y que es capaz de hacer visibles procesos reactivos ultrarrápidos en átomos y moléculas.

Los resultados fueron sorprendentes. Primero, los científicos observaron que, por supuesto, la energía de los fotones que se dispersaban se conservaba y se transfería parcialmente a un movimiento del núcleo (más precisamente:el ion). Es más, También observaron que a veces un electrón es eliminado del núcleo cuando la energía del fotón en colisión es demasiado baja para superar la energía de unión del electrón al núcleo. En general, el electrón solo fue expulsado en la dirección que uno esperaría en un experimento de impacto de billar en dos tercios de los casos. En todos los demás casos, el electrón es aparentemente reflejado por el núcleo y, a veces, incluso expulsado en la dirección opuesta.

Reinhard Dörner:"Esto nos permitió demostrar que todo el sistema de fotones, los iones y electrones expulsados ​​oscilan de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica. Por lo tanto, nuestros experimentos proporcionan un nuevo enfoque para las pruebas experimentales de las teorías de la mecánica cuántica de la dispersión de Compton, que juega un papel importante, particularmente en astrofísica y física de rayos X ".