PHOTONS
- Article mis en ligne le
- Modifié le
- Écrit par Claude COHEN-TANNOUDJI , Jacques DUPONT-ROC et Gilbert GRYNBERG
L'interaction photon-particule
Effet photo-électrique
Encyclopædia Universalis France
En théorie quantique, l'interaction de la matière avec le champ électromagnétique est décrite en termes d'absorptions, d'émissions ou de diffusions de photons. Ainsi l'effet photoélectrique, qui correspond à l'ionisation d'un atome sous l'action d'un champ électromagnétique de fréquence ν, est-il le résultat de l'absorption d'un photon d'énergie hν par l'atome qui est porté de son niveau fondamental a à un niveau situé au-dessus du seuil d'ionisation. Le photon disparaît au cours d'un tel processus. Si l'énergie d'ionisation de l'atome est EI, la conservation de l'énergie totale implique que l'électron émis ait une énergie cinétique égale à (hν — EI). C'est la relation établie par Einstein pour l'effet photoélectrique.
De manière générale, dans un processus d'interaction entre matière et rayonnement, l'énergie et l'impulsion du système global « particules matérielles + photons » sont conservées. Ainsi, il est possible de calculer la fréquence d'un photon émis par un atome à partir d'un niveau excité b vers un niveau inférieur a en utilisant ces équations de conservation. Pour un atome initialement au repos, l'énergie du photon hν coïncide avec celle de la transition (Eb — Ea), à un terme correctif près égal à ℏ2k2/2M (où M est la masse de l'atome) et correspondant au recul de l'atome lors de l'émission du photon. Ces équations de conservation jouent également un rôle important dans la description des processus de diffusion. Par exemple, elles permettent de comprendre le changement de fréquence d'un photon lors de sa diffusion sur un électron (effet Compton).
Le moment cinétique global est aussi conservé au cours des interactions matière-rayonnement. Le photon apparaît comme une particule ayant un moment cinétique intrinsèque (ou spin) égal à R/2π, cette propriété étant liée au caractère vectoriel du champ électromagnétique. La conservation du moment cinétique global peut être utilisée pour polariser des atomes en leur transférant le moment cinétique transporté par des photons polarisés. C'est la méthode du pompage optique.
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Écrit par
- Claude COHEN-TANNOUDJI : professeur honoraire au Collège de France
- Jacques DUPONT-ROC : directeur de recherche au C.N.R.S., laboratoire de spectroscopie hertzienne, université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
- Gilbert GRYNBERG : directeur de recherche au C.N.R.S., laboratoire de spectroscopie hertzienne, université de Paris-VI-Pierre-et Marie-Curie, maître de conférences à l'École polytechnique
Classification
Pour citer cet article
Claude COHEN-TANNOUDJI, Jacques DUPONT-ROC et Gilbert GRYNBERG. PHOTONS [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Article mis en ligne le et modifié le 28/02/2024
Médias
Effet photo-électrique
Encyclopædia Universalis France
Paquet d'ondes à un photon incident
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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DÉTECTEURS DE PARTICULES
- Écrit par Pierre BAREYRE , Jean-Pierre BATON , Georges CHARPAK , Monique NEVEU et Bernard PIRE
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...streamers) le long de la trajectoire de la particule ionisante. Lors de leur désexcitation, les atomes contenus dans ces « gouttelettes » émettent des photons, et la trajectoire de la particule est matérialisée par une succession de petits points lumineux. Elle peut être alors enregistrée sur un film... -
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
- Écrit par Maurice JACOB et Bernard PIRE
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...associe la force due à la présence d'un champ à un échange de particules qui sont les quanta du champ. Le quantum du champ électromagnétique est le photon ; donc les interactions électromagnétiques sont associées à l'échange de photons. De même, les interactions fortes sont liées à l'échange... -
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...négativement, un antineutron différent du neutron, etc. Certaines particules neutres, comme le méson π0, sont par contre leur propre antiparticule. C'est également le cas duphoton, ce qui explique pourquoi les ondes électromagnétiques sont les mêmes pour la matière et pour l'antimatière. -
ASHKIN ARTHUR (1922-2020)
- Écrit par Bernard PIRE
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Le physicien américain Arthur Ashkin a reçu le prix Nobel de physique en 2018 pour ses « inventions révolutionnaires dans le domaine de la physique des lasers ».
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