¿Cómo es posible que los fotones sean absorbidos por los electrones a pesar de ser partículas?

Los fotones reales (de masa cero) nunca pueden ser absorbidos completamente por electrones libres (fuera de los átomos) sin violar o el principio de conservación del momento o la conservación de la energía, tal como Arthur Compton descubrió en 1923, al descubrir el efecto que actualmente lleva su nombre [ver efecto Compton].

Un fotón real sí puede ser absorbido por u electrón ligado (cuandose encuentra en un átomo), ya que el electrón absorbe la energía y el momento lineal en exceso que el electrón no podría absorber se absorbe en forma de velovidad de retroceso del átomo en conjunto!

La electrodinámica cuántica interpreta que los electrones libres sí pueden absorber “fotones virtuales” directamente. Los electrones virtuales no son visibles en gran medida son un artificio de cálculo, actualmente se usan diagramas como este, en que se asume que la línea ondulada es un fotón y las líneas rectas son electrones, para calcular cosas:

Pues bien ese diagrama solo conserva la energía y el momento si se asume que el fotón virtual tiene masa no nula. En cualquier caso estos fotones no son detectables así que su estatus epistémico es discutible aunque los cálculos basados en ellos son usualmente los más precisos que se hayan logrado nunca en física.

De todas maneras, la pregunta hace una asunción que tal vez no sea correcta: que los fotones y electrones son partículas puntuales. Para ciertos propósitos resulta útil un modelo en que nos imaginamos a los electrones y los fotones como diminutas bolitas chocando entre sí, pero eso es sólo una representación mental, un modelo aproximado. En teoría de cuerdas los electrones y los fotones serían como unas pequeñas ondas (ondículas), o perturbaciones del tejido del espacio-tiempo que se unen entre sí, como fusionándose, la imagen de la teoría de cuerdas de dos entidades cuánticas acercándose es más bien ésta:

A la derecha se ve la imagen clásica, dos partículas puntuales que siguen trayectorias rectas, se tocan, quedan fusionados y continúan juntos en línea recta (absorción perfecta). A la izquierda la representación de la teoría de cuerdas: el fotón y el electrón serían como un pequeño aro, que al moverse genera un “tubo” delgado en el espacio-tiempo, cuando los dos aros se tocan se fusionan en un único aro (visto desde lejos los “tubos” son tan delgados que son vistos como trayectorias unidimensionales.