COMPTON EFFET

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Aspect corpusculaire de la lumière

Les premières mesures précises concernant la diffusion des rayonnements électromagnétiques par la matière furent effectuées par Hewlett à l'aide d'un faisceau de rayons X mous (peu énergiques). Il existait déjà une théorie de la diffusion, inventée par J. J. Thomson. Elle était fondée sur des mouvements oscillatoires des électrons atomiques induits par le rayonnement primaire, entraînant l'émission d'un rayonnement secondaire de même longueur d'onde. Les résultats de Hewlett semblaient en accord avec cette théorie.

Compton utilisa des faisceaux de rayons X durs et des rayons γ. Les mesures d'intensité se révélèrent en contradiction avec la théorie précédente et, de plus, il observa pour la première fois le changement de la longueur d'onde du rayonnement diffusé. Indépendamment, Compton et Debye interprétèrent ce nouvel effet par une diffusion élastique d'un photon par un électron libre. Cette expérience illustrait parfaitement l'aspect corpusculaire de la lumière. L'application des lois de conservation de l'énergie et de l'impulsion conduit à la relation de l'effet Compton :

h est la constante de Planck, me la masse de l'électron, c la vitesse de la lumière. La quantité h/mec = 0,242 6 nm est appelée longueur d'onde de Compton associée à l'électron.

Mécanique de l'effet Compton

Mécanique de l'effet Compton

Dessin

Mécanique de l'effet Compton : les photons incident et diffusé ont pour longueur d'onde et énergie, respectivement (?, h?) et (?', h?). L'électron, initialement au repos (v = 0) se trouve propulsé à une vitesse v. La quantité de mouvement du photon incident h h?/c se trouve partagée... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les résultats expérimentaux étaient en parfait accord avec cette relation. Ces travaux furent très célèbres (Compton obtint le prix Nobel de physique en 1927, à l'âge de trente-cinq ans).

Il faut remarquer que ce phénomène n'est pas seul responsable de la diffusion des photons par la matière. Les diffusions Thomson et Rayleigh y contribuent également, mais, dans ces deux processus, la longueur d'onde du rayonnement secondaire est identique à celle du rayonnement primaire.


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Mécanique de l'effet Compton

Mécanique de l'effet Compton
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Graphe de Feynmann

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Walter Bothe

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Expérience de Völker

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Écrit par :

  • : professeur à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
  • : directeur de recherche au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Michel BAUBILLIER, Bernard PIRE, « COMPTON EFFET », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 07 décembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-compton/