В течение следующих 90 лет и до настоящего времени были проведены многочисленные эксперименты и расчеты в отношении комптоновского рассеяния, которые постоянно выявляли асимметрии и загадывали загадки. Например, было замечено, что в некоторых экспериментах казалось, что энергия теряется, когда энергия движения электронов и легких частиц (фотонов) после столкновения сравнивается с энергией фотонов до столкновения.
Поскольку энергия не может просто исчезнуть, предполагалось, что в этих случаях, вопреки упрощенному предположению Комптона, нельзя пренебрегать влиянием ядра на фотон-электронное столкновение.
Впервые в ударном эксперименте с фотонами группа физиков под руководством профессора Рейнхарда Дорнера и докторанта Макса Кирхера из Университета Гете во Франкфурте одновременно наблюдала выброшенные электроны и движение ядра. Для этого они облучали атомы гелия рентгеновскими лучами от рентгеновского источника PETRA III на ускорительной установке DESY в Гамбурге.
Они обнаружили выброшенные электроны и остальную заряженную часть атома (ионы) в реакционном микроскопе COLTRIMS, аппарате, который помог разработать Дорнер, и который способен делать видимыми сверхбыстрые реакционные процессы в атомах и молекулах.
Результаты были удивительными.
Во-первых, ученые заметили, что энергия рассеивающих фотонов, конечно, сохраняется и частично передается движению ядра (точнее: иона). Более того, они также наблюдали, что электрон иногда выбивается из ядра, когда энергия сталкивающегося фотона на самом деле слишком мала, чтобы преодолеть энергию связи электрона с ядром. В целом электрон был выброшен только в том направлении, которое можно было бы ожидать в эксперименте с бильярдным ударом в двух третях случаев.
Во всех других случаях электрон, казалось бы, отражается ядром, а иногда даже выбрасывается в противоположном направлении.
Рейнхард Дорнер: «Это позволило нам показать, что вся система фотона, выброшенного электрона и иона колеблется в соответствии с законами квантовой механики. Таким образом, наши эксперименты обеспечивают новый подход к экспериментальной проверке квантово-механических теорий комптоновского рассеяния, которое играет важную роль, особенно в астрофизике и физике рентгеновских лучей."