[PDF] Chapitre 5.2 – La nature corpusculaire de la lumière

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Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome C Page 1

Note de cours rédigée par : Simon Vézina

Chapitre 5.2 La nature corpusculaire de la lumière

La quantité de mouvement du photon

En 1905, Albert Einstein a réactualisé la notion corpusculaire de la lumière en introduisant la notion de photon comme étant la particule amp électromagnétique. Puisque le photon est une particule, on peut lui attribuer une quantité de mouvement même si le photon ne possède pas de masse. -énergie, on peut maintenant définir la quantité de mouvement p comme

étant la

E transportée dans un mouvement ce qui peut être appliquée à un photon c Ep où p : Quantité de mouvement du photon ( m/skg E : Énergie électromagnétique transportée par le photon (J) c : Vitesse de la lumière ( m/s1038 c

Preuve :

e particule, évaluons la relation existante particule sans masse :

42222cmcpE

222cpE

(Masse du photon nulle, 0m pcE (Appliquer une racine carrée de chaque côté) c Ep (Isoler p)

La voile photonique

La découverte de la quantité de mouvement du photon a permis à : la voile photonique. Basée sur la navigation maritime1, les collisions entre les photons et une voile permettraient par conservation de quantité de mouvement de propulser un vaisseau spatial. Les étoiles seraient alors la source du vent solaire.

Voile photonique.

1 Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome C Page 2

Note de cours rédigée par : Simon Vézina

Let quantité de mouvement

et la quantité de mouvement p constante de Planck h de la façon suivante : p hO où p : Quantité de mouvement du photon ( m/skg h : Constante de Planck ( sJ1063,634u icvK Rp R B Bp

Preuve :

photon : cEp/ chfp/ hfE phfc// (Isoler c / f) ph/O fc/O

La diffusion

La diffusion (scattering) est la déviation que subit une radiation (lumière, ondes, particules)

initialement rectiligne vers une ou plusieurs directions.

Diffusion réflexive :

Diffusion qui respecte la loi de la réflexion .

Diffraction :

Diffusion dans plusieurs directions dont la distribution angulaire dépend de la géométrie de la matière causant la diffusion.

Interaction :

Diffusion causée par une interaction fondamentale (électromagnétique, nucléaire, faible) où il y a

entre la radiation et le milieu en interaction. Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome C Page 3

Note de cours rédigée par : Simon Vézina

Les deux pics dans la diffusion de Compton

À partir de rayons X orientés sur un cristal de carbone, nous pouvons analyser la distribution spectrale des

rayons diffusés.

Observations :

mesurer dans plusieurs directions (0o,

45 o, 90 o et 135 o) où la lumière incidente

au cristal sera déviée.

Le premier pic correspond à la

Le deuxième pic correspond à

avec des électrons faiblement liés des atomes portant le nom de " diffusion

Compton ». Il y a changement de

Ȝ (donc

lumière moins énergétique).

Plus le dispositif est orienté pour mesurer

une forte déviation, plus le 2e pic sera à

Bien que la distribution énergétique de la

lumière déviée sous plusieurs longueurs le de déviation, ce cours.

La diffusion de Compton permettra

uniquement la nature des deux pics pourrait expliquer la présence des autres : interaction noyau-lumière). Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome C Page 4

Note de cours rédigée par : Simon Vézina

Le comportement corpusculaire du

furent vérifiés expérimentalement en 1923 par Arthur Holly Com la diffusion du photon sur un électron. Cette expérience appelée " effet

Compton » met en lien le photon

en collision avec un électron libre (ou très faiblement lié à un atome). La perte d se résulte en une augmentation de la du photon (diminution de la fréquence). Compton fut récompensé par le prix Nobel de physique en 1927 pour cette découverte.

A.H. Compton

(1892-1962) en fonction de entre le photon avant et après la collision :

OOcos1

e cm h if où i f : Angle de déviation du photon initial. h : Constante de Planck ( sJ1063,634u em kg1011,931 c : Vitesse de la lumière ( m/s1038 c c v c i f Ce schéma est exagéré, car la variation de longueur Ȝf Ȝi est très peu prononcée pour la lumière visible, car h/mec = 2,426 x 10-12 m. devient plus remarquable chez les photons à haute fréquence comme le rayonnement X et gamma. et C : Longueur m10426,212 e C cm h

P.S. Pour passer -X (

m10111| ) à un photon rouge m106509| ), il faut un minimum de 133 964 diffusions de Compton.

Preuve :

oire, effectuons une interaction de type " collision » entre un

photon et un électron immobile. Lors de cette interaction, il y a conservation de la quantité de

mouvement quotesdbs_dbs15.pdfusesText_21

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