Le photon

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LE PHOTON

 

 

 

 

 

 

 

 

Un photon est une particule qui possède une masse nulle, qui n'a pas de charge électrique (mais possède deux état de polarisation) qui se déplacent en permanence à la vitesse de la lumière. Lors du passage dans un milieu matériel, l’énergie du photon est invariante car la fréquence est invariante.

 

 

 

A/ Historique :

 

Au XVIIème siècle, le physicien néerlandais Huygens donne la théorie ondulatoire de la lumière : les ondes lumineuses peuvent interférer de manière à former un front d'onde se propageant en ligne droite.

 

 

 

 

 

En 1672, Newton propose une théorie opposée à celle de Huygens sur la lumière, qui serait constituée de "petites particules".

 

 

 

 

 

 

Les équations de Maxwell, à la fin du XIXe siècle, expliquent la lumière en tant que propagation d'ondes électromagnétiques.

Enfin, en 1905, Einstein réconcilie la théorie de Huygens avec celle de Newton. Il postule l'existence de « particules » transportant des quanta d'énergie lumineuse.
La fréquence V de cette lumière est liée à l'énergie E de ces particules par la constante de Planck.

 

Quelques années plus tard, Lewis les qualifie de « photons ».

 

 

 

 

 

B/ Les caractéristiques des photons :

 

 

Les photons interagissent (= sont créés, diffusés ou absorbés ) par des particules chargées, en revanche ils ne portent pas de charge propre. Ils se contentent de "transporter " le champ créé par les charges.

 

 

 

 

C/ L'énergie des photons :

 

L'énergie d'un photon dépend uniquement de la fréquence de la lumière. Cette énergie peut être calculée grâce à la relation suivante :

 

 

 

 

 

 

Dans cette formule :
 

ΔE est le quantum d'énergie associé au photon et exprimé en joule (J)

 

h est la constante de Planck : h = 6,63 x 10-34s

 

ν est la fréquence de la lumière en hertz (Hz)

 

 

D/ Interaction des photons avec la matière :

 

Les photons ont initialement été décrits par Einstein d’après leur interaction avec les électrons. En effet, c’est en tentant d’expliquer l’effet photoélectrique qu’Einstein émit l’hypothèse des « quanta d’énergie » constituant la lumière.

 

L’effet photoélectrique est lié à l’intégration entre un photon et un électron. Lorsqu’un photon est projeté au sein du nuage électronique d’un atome, notamment au sein des couches électroniques les plus profondes, l’énergie E de ce photon peut être totalement transférée à l’électron, qui est ainsi éjecté hors de l’atome.

 

L’atome est ionisé et le photon disparaît : on parle d’absorption totale.

Il est également possible que le photon ne soit pas totalement absorbé : on parle alors de diffusion.
Si un photon, le plus souvent de faible énergie, passe à proximité du nuage électronique d’un atome, il ne sera que dévié sans modification d’énergie : on parle de diffusion simple (cohérente et élastique).
Ce phénomène n’entraîne pas d’ionisation. Dans le cas d’une diffusion Compton (considérée comme une diffusion incohérente ou inélastique), qui concerne principalement les électrons des couches externes dans les atomes possédant un numéro atomique Z élevé, le photon incident cède (en étant dévié mais pas absorbé) une partie de son énergie à l’électron, qui sera alors éjecté formant un électron Compton. L’atome est ionisé.

 

 

 

 

 

Ionisation d'un atome ==>

 

 

 

 

 

 

E/ Interaction avec les noyaux :

 

Si l'énergie du photon incident à proximité d'un noyau est supérieure à 1,022 MeV, ce photon peut se matérialiser en une paire électron-positon. L'énergie du photon va se répartir également entre ces deux particules. 
Une fois l’énergie cinétique épuisée, le position va s'annihiler : en rencontrant un électron, le position va émettre deux photons de 511 keV, partant à 180° l'un de l'autre.

Un photon de haute énergie peut également être absorbé par le noyau, qui devient instable et se désintègre en émettant un neutron : c'est l'effet photonucléaire.

 

 

 

 

Pénétration des photons sur une feuille de cannabis

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F/ Sources : 

 

 

Modifié octobre 11, 2021 par DeltaX9X

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