COMPTON EFFET

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Mécanique de l'effet Compton

Mécanique de l'effet Compton
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Graphe de Feynmann

Graphe de Feynmann
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Walter Bothe

Walter Bothe
Crédits : Hulton Getty

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Expérience de Völker

Expérience de Völker
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Un succès de l'électrodynamique quantique

La description théorique de l'effet Compton est fournie actuellement par la mécanique quantique relativiste appelée également théorie des champs. L'interaction entre le photon et l'électron étant purement électromagnétique, ce problème fut rapidement résolu et la solution est fréquemment citée pour illustrer le succès de cette nouvelle mécanique. Cette interaction se traduit par une série de réactions dont celle qui est prépondérante peut être représentée par le schéma appelé graphe de Feynmann.

Graphe de Feynmann

Graphe de Feynmann

Dessin

Graphe de Feynmann. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La probabilité du phénomène en fonction de l'angle de diffusion du photon est calculable à l'aide des règles de Feynmann. C'est une suite de conventions mathématiques qui permet d'associer à ce graphe une amplitude (qui est en général un nombre complexe) dont le carré du module est proportionnel à la probabilité cherchée.

Le résultat constitue la formule de Klein-Nishina :

dans laquelle k et k′ sont les énergies des photons, r0 = 2,8 fois le rayon classique de l'électron et ϕ l'angle de diffusion du photon.

Sa comparaison avec des observations nécessitera un travail acharné de nombreux physiciens. Les expériences ont eu d'abord pour principal objet la mise en évidence de la réaction de diffusion, en détectant les électrons de recul, en constatant la coïncidence entre l'émission du photon et de l'électron secondaire et, enfin, en vérifiant la loi de conservation de l'énergie et de l'impulsion.

La première confirmation du phénomène fut donnée par l'observation des électrons de recul, à l'aide d'une chambre à brouillard, par Charles Wilson et Walter Bothe. La détermination de la valeur limite supérieure de l'intervalle de temps séparant l'émission du photon de celle de l'électron était autrefois très délicate, et on adopta des méthodes indirectes. Ainsi Bothe et Geiger utilisèrent les diffusions successives d'un même photon par deux électrons. La détection de ces électrons s'effectuait à l'aide de deux compteurs Geiger à pointe et les premiers résultats donnèrent un [...]

Walter Bothe

Walter Bothe

Photographie

L'Allemand Walter Bothe (1891-1957) consacra ses travaux à la recherche expérimentale en physique nucléaire. Il reçut, avec Max Born, le prix Nobel de Physique en 1954. 

Crédits : Hulton Getty

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Écrit par :

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

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, Michel BAUBILLIER, « COMPTON EFFET », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 10 novembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-compton/