Quando il fisico americano Arthur Compton scoprì che le onde luminose si comportano come particelle nel 1922, e potrebbe far fuoriuscire gli elettroni dagli atomi durante un esperimento di impatto, fu una pietra miliare per la meccanica quantistica. Cinque anni dopo, Compton ha ricevuto il premio Nobel per questa scoperta. Compton ha usato una luce a onde molto corte ad alta energia per il suo esperimento, che gli ha permesso di trascurare l'energia di legame dell'elettrone al nucleo atomico. Compton assunse semplicemente per i suoi calcoli che l'elettrone si trovasse liberamente nello spazio.

Durante i successivi 90 anni fino ad oggi, numerosi esperimenti e calcoli sono stati effettuati riguardo allo scattering Compton che ha rivelato continuamente asimmetrie ed enigmi posti. Per esempio, è stato osservato che in alcuni esperimenti, l'energia sembrava essere persa quando l'energia di movimento degli elettroni e delle particelle luminose (fotoni) dopo la collisione veniva confrontata con l'energia dei fotoni prima della collisione. Poiché l'energia non può semplicemente scomparire, si è ipotizzato che in questi casi contrariamente all'ipotesi semplificata di Compton, l'influenza del nucleo sulla collisione fotone-elettrone non poteva essere trascurata.

Per la prima volta in un esperimento di impatto con fotoni, un team di fisici guidato dal professor Reinhard Dörner e dal dottorando Max Kircher della Goethe University di Francoforte ha ora osservato contemporaneamente gli elettroni espulsi e il movimento del nucleo. Fare così, hanno irradiato atomi di elio con raggi X dalla sorgente di raggi X PETRA III presso l'impianto di accelerazione DESY di Amburgo. Hanno rilevato gli elettroni espulsi e il resto carico dell'atomo (ioni) in un microscopio a reazione COLTRIMS, un apparato che Dörner ha contribuito a sviluppare e che è in grado di rendere visibili i processi reattivi ultraveloci negli atomi e nelle molecole.

I risultati sono stati sorprendenti. Primo, gli scienziati hanno osservato che l'energia dei fotoni scattering era naturalmente conservata ed era parzialmente trasferita ad un moto del nucleo (più precisamente:lo ione). Inoltre, hanno anche osservato che a volte un elettrone viene espulso dal nucleo quando l'energia del fotone in collisione è effettivamente troppo bassa per superare l'energia di legame dell'elettrone al nucleo. Globale, l'elettrone è stato espulso solo nella direzione che ci si aspetterebbe in un esperimento di impatto di biliardo in due terzi dei casi. In tutti gli altri casi, l'elettrone è apparentemente riflesso dal nucleo e talvolta anche espulso nella direzione opposta.

Reinhard Dörner:"Questo ci ha permesso di dimostrare che l'intero sistema di fotoni, l'elettrone e lo ione espulsi oscillano secondo le leggi della meccanica quantistica. I nostri esperimenti forniscono quindi un nuovo approccio per la verifica sperimentale delle teorie della meccanica quantistica dello scattering Compton, che gioca un ruolo importante, in particolare in astrofisica e fisica dei raggi X."