Chapitre 4.9a – La quantité de mouvement relativiste
Évaluons la vitesse selon l'axe y de l'électron 1 et du positron 2 selon l'observateur B à c. 70 . Utilisons la transformation de Lorentz des vitesses
I. Quelques rappels
La quantité de mouvement du photon s'exprime donc sous la forme : pouvoir extraire l'électron sans que la longueur d'onde du rayonnement n'ait à ...
La théorie de lélectron et du champ électromagnétique
nous disposons des lois de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement. La théorie de Maxwell nous fournit un tenseur défini par.
QUANTITÉ DE MOUVEMENT ET COLLISIONS : CORRECTIONS
Lors d'un choc inélastique ni l'énergie ni la quantité de mouvement ne sont conservées. c'est l'énergie acquise par un électron accéléré dans une.
Chapitre 5.2 – La nature corpusculaire de la lumière
l'énergie transportée par un photon et sa quantité de mouvement sachant que le en collision avec un électron libre (ou très faiblement lié à un atome).
Chapitre 1
des électrons. La longueur d'onde ? de de Broglie d'une particule correspond à la constante de Planck h divisée par la quantité de mouvement p transporté
1 Probl`eme 1
Calculer la quantité de mouvement des photons de longueur d'onde de 750 nm et de 350 nm. `A quelle vitesse a) un électron et b) une molécule de dihydrog`ene
Force et quantité de mouvement
13. 2. 2007 FORCE ET QUANTITE DE MOUVEMENT. I THEOREME DU CENTRE D'INERTIE ... exemple un électron) animée d'une vitesse v1.
Chapitre 3 - Interaction Photon-Electron
`a une paire électron-positron ayant les quantité de mouvement p? et p+. Les lois de conserva- tion de la physique nous impose que l'énergie totale ainsi
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Évaluons la quantité de mouvement classique selon l'axe x de l'électron 1 et du positron 2 avant collision et après la collision selon l'accélérateur A :
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transformation de Lorentz remplace donc l'électron réel en mouvement par un l'action correspondante et la quantité de mouvement électromagnétique
Chapitre3
InteractionPhoton-Electron
Sommaire
3.1Productionde paires´ electrons-positrons.. ... ...... ... .. ... ... ..37
3.2EmissionCompton Inverse. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ..39
3.2.1Diffusion Compton.... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... 39
3.2.2EmissionCompton Inverse. ... ... ... ... ... ... .. ... ... .42
Danscechapitr e,nous aborderonsbri`evementquelquesinteractions entre les´electronsde propagent.Nousverronsen particulierunm ´ecanismeimportantdans l'astrophysique deshautes ´energie,lem´ecanismededif fusionCompton Inversequialt`eredefac¸on importantele rayonne- mentissudes environementsastr ophysiques.3.1Productionde paires´ electrons-positrons
Laphysiquedes particulesnous enseignequela rencontre entreun ´electronetunpositr on(son anti-particule)donne naissance`aunepair ede photonsdontles´energiesd´ependentdesconditionsdelacollision entrel' ´electronetlepositr on.Nouspouvons r´esumercetter ´eactiondela fac¸on
suivante e +e ?γ+γ(3.1) o`ulesymbole ?signifiequela relationest validedans lesdeuxsens.Eneffet lacollisionentr e deuxphotonspeut aussidonner naissance`aunepair e´electron-positron.Ilfautn´eanmoinssigna-lerquesi lesdeuxr ´eactionssontpossibles, ellesne sontpas´equivalentes.Lacr ´eationdela paire
´electron-positron,faisantintervenirdesparticulesde massesnon-nulles,ne peutsefair equesi les Lecalculde cette´energiedeseuilsefait dansle contextedela r´eactionlaplus favorable`ala naissancedesdeux leptons.Al' ´evidence,cecontexte correspond `alacollision frontalede deux photonscartoutes leurs´energiescin´etiquessontalors disponiblespour lacr´eation.Nousenvi- sageronsalorscettecollisionentr edeuxphotons 1et2defr´equencesν 1 etν 2 donnantnaissance 3738CHAPITRE3.INTERACTION PHOTON-ELECTRON
FIG.3.1- Agauche:spectre d'´emissionenpr ovenanced'un noyauactifdegalaxiedontle jetde mati`ereestalign´eavecla lignede vis´ee.Adroite:lem ´ecanismedela fus´eeComptonpourraitexpliquerlesdif f´erentespropri´et´esduspectr ede rayonnementd´et´ect´e.(Imagestir ´eesdela th`ese
deL.Saug ´e2005) `aunepair e´electron-positronayantlesquantit´edemouvement p etp .Leslois deconserva- tiondela physiquenous imposequel' ´energietotaleainsiquela quantit´edemouvement totalese conservent.Ainsi pourlebilan d'´energie,onaural' ´egalit´e (hν 1 +hν 2 2 =2m 2 e c 4 +(p 2 +p 2 )c 2 +2E E (3.2) o`uE 2 =m 2 e c 4 +p 2 c 2 etE 2 =m 2 e c 4 +p 2 c 2 sontles´energiestotalesdesleptonsde lar ´eaction.La conservationdela quantit´edemouvement totaledonnera h 2 1 2 2 =(p +p 2 c 2 (3.3) ensoustrayantles deuxrelations deconservation,on obtientunetr oisi`emerelation int´eressante 2h 2 1 2 =m 2 e c 4 +2(E E -p p c 2 )(3.4) Arriv´e`acestade, nouspouvons remarquer quel'onaura toujoursE ≥p cetE ≥p cdeparlad´efinitiondel' ´energietotale.Onvoit alorsquela conditiondecr ´eationdela paire deleptonse
traduitpar h 2 1 2 m 2 e c 4 2 (3.5)Leproduit des´energiesdesdeuxphotons estdoncla cl´edela cr´eationdepair es´electron-positron.
Cette´energiedeseuilest importantecarelle estlaraison del'opacit´edel'Univers `aunrayonne- mentparticulier: celuidesrayons γdetr`eshaute´energie.Eneffetl'Univers estbaign ´edansle rayonnementfossiledu Big-bang,lecorps noircosmologique(CNC). Celainduitque toutepar - ticuledel'Univers subiten permanenceunbombar dementdephotons dontl'´energietypiqueest celleduCNC, i.e.hν≂k B T CNC ≂10 -3 eVo`ulatemp ´eratureduCNCestde 2.7K.Celaimplique d'apr`esceque nousavonsvu qu'aucunphoton dontl'´energieserasup´erieure`a h m 2 e c 42hν
CNC ?10 14 eV=130TeV3.2.EMISSIONCOMPT ONINVERSE 39
nepourrase propager dansl'espacecar ils'annihileraaveclesphotonsdu CNC.Dansla pratiqueuncalculd ´etaill´eprenant encomptelescaract´erist´eristiquesd´etaill´eesduCNC montre queles
rayonsγdontl'´energieestsup´erieure`aquelquesdizaines deTeVsontabsorb´es.Application:le m´ ecanismedefus ´eeCompton
Unedesapplications astrophysiques utilisantlacr ´eationdepair es´electron-positron`apartirdephotonsdehaute ´energieestla"fus ´ee"Compton.Ce m´ecanismeestun m´ecanismed'acc´el´eration
pouvantdonnernaissance `aunplasma depaires ayantdes vitessesproches decelledelalumi`ere. L'ingr´edientprincipalde cem ´ecanismeestl'existence d'unchamp derayonnementde haute ´energieanisotrope.En effet,consid´eronsunchampderayonnement isotrope constitu´edephotonsd'´energiesuffisamment´elev´eepourpourvoir donnernaissance`adespair esd' ´electron-positron.
Silechamp estisotrope alorsd`esqu'unepair eest cr´e´ee,elleva rapidemententr erencollision avecd'autres ´electronsoupositrons pours'annihiler`anouveaucar danstoutesles directions des pairesdeparticules-antiparticulessontconstament cr´e´ees.Untel champde rayonnementauraen sonseinun bouillonnementdeparticules quidisparaitront aussitˆotsanslaisser detraces.Dans le casd'unchamp derayonnement anisotrope,la cr´eationdepair esvadonner naissance`aunflot depaires ´electron-positrondansladirectiono `ulechamp derayonnementest lemoins intensecar danscettedir ectionlenombr edeparticuleannihilatricesestplus faiblequele flotdeparticule incidentes. Detelschamps derayonnement nesontpas communscaril faut`alafois qu'ilssoient compos´esdephotonsde hautes´energieetqu'ilspr ´esententuneg ´eom´etriead´equate`alasurvie despair es.
C'estdansles noyauxactifs degalaxies(AGN) quel'ontr ouvecegenr edesituation. Leplasma composantledisque d'accr´etionautourd'un trou noirsupermassifest extr`emementchaudet son rayonnementthermique peutatteindre lagammed' ´energiedesrayonsX.De plusla g´eom´etriedu disqueetde sonchampde rayonnementfaitqu'un faisceaudepair espeutse cr´eeraudessus (et endessous)du trou noirdansla r´egiono`ulesjets demati`ereenprovenancedu disquelaisse la place`acegenr ede plasmadesurvivre(voirfigur e3.1).Des simulationspouss´eesdece genrede plasmaontmontr ´equ'unplasma relativiste depaires peutsecr´eer(facteurde Lorentz del'ordr e de10)etr eproduir elesobservationsenprovenancedesAGNdontlesjetssont align´essurla ligne devis´ee(onles appelleles"blazars").3.2EmissionCompton Inverse
Danscettesection, nousallons voirundes principauxm´ecanismed'´emissiondephoton de tr`eshaute´energiepardes´electrons:ladif fusionComptonInverse (CI).Cettedif fusionpermet d'augmenterl' ´energied'unchampderayonnement debasse ´energieenlefaisantdif fusersur des´electronsrelativistes.Dansla premi`erepartienousallonsrappeler lespr opri´et´esfondamentalesde
l'interactionentre un´electronetunphoton autraversde ladiffusion Compton.Dansla seconde partie,nousallons voirunr ´egimeparticulierde cettedif fusionComptonpermettant lacr´eationde photonsdehaute ´energie.3.2.1Diffusion Compton
Ladiffusion Comptonestladiffusiond'un photonsurun ´electron.Cettediffusionest enr ´ealit´e uneabsorptiondu photonincident parl'´electronpuisune´emissiond'unautr ephoton dansune40CHAPITRE3.INTERACTION PHOTON-ELECTRON
h e v e 1 0 h FIG.3.2- Diagrammed'interactionlors deladif fusiond'unphoton parun ´electronaurepos dans sonr´ef´erentielpropre. Ladiffusionentraineunediminutiondel'´energiedecephoton dansle r´ef´erentieldel'´electron. directionfix´eeparles r`eglesdeconservation dela physique.Nousallons nousplacerdans ler´ef´erentielpropre del'´electrono`ucelui-cise trouveau repos avantl'interaction.Nousnoterons
h ol'´energieduphotonincident danscer ´ef´erentiel.Apr`esl'interactionun autre photond'´energie
h 1 a´et´e´emisavecun angleθ avecladir ectionincidente. L'´electronvaacqu´erirdela quantit´ede mouvementsuite`al'interactionet nousla noteronsp =γm e v faisantunangle α avecladir ection incidente(voirfigur e3.2).Loisdeconservation
Laconservationde laquantit ´edemouvement totalelorsde l'interactionnous permetd'´ecrireNousavonsalors
0=-p sinα h 1 c sinθ h o c h 1 c cosθ +p cosα (3.6) Onend ´eduitl'expression ducarr´edela normedela quantit´edemouvement p 2 soit p ?2 h 2 ?2 o c 2 sin 2 h o c h 1 c cosθ 2 (3.7) Laconservationde l'´energietotaleestplussimple `aexprimeret nousindique que h o +m e c 2 =hν 1 m 2 e c 4 +p 2 c 2 (3.8)Pourr´eduirecesyst`emed'´equation,nouspouvons ´ecrirelecarr´edel' ´energietotaledel'´electron
etutiliserl'expr essiondep 2 trouv´eepr´ec´edemmentpouraboutir `aune´equationn'impliquantque lesparam`etresrelatifsauxphotons : (h(ν o 1 )+m e c 2 2 =m 2 e c 4 +p 2 c 2 =m 2 e c 4 +h 2 ?2 o ?2 1 -2ν 1 0 cosθ )(3.9)quotesdbs_dbs15.pdfusesText_21[PDF] calcul surface plancher 2017
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