ATOME
Atome et physique moderne
Atome et lumière
En physique classique, l' émission de rayonnement par un système de particules chargées dépend de l'accélération de ces particules (théorie de Lorenz de l'électron classique). En mécanique quantique, cette image est remplacée par celle de la transition du système d'un état quantique à un autre d'énergie plus petite ; cette image décrit correctement les phénomènes observés. Le premier traitement quantitatif précis des processus d'émission et d' absorption de lumière fut proposé par Einstein dans un très beau travail, en 1917. L'état d'équilibre à une température donnée d'un rayonnement enfermé dans une cavité est défini par l'hypothèse que l'énergie rayonnée par les atomes des parois de la cavité est égale à l'énergie qu'ils absorbent pendant le même intervalle de temps. Si un atome est dans un état quantique initial W, avec énergie Ew et s'il est atteint par un photon avec fréquence ν, il peut absorber le photon et passer à un état excité s'il existe un état W′ de l'atome avec énergie Ew′, telle que Ew′ — Ew = hν. Einstein a postulé que la probabilité d'absorption d'un tel photon est proportionnelle au nombre de photons ayant l'énergie nécessaire hν à la transition considérée W → W′, c'est-à-dire, à l'intensité I(ν, T) de la lumière ayant la fréquence ν, à la température de l'état d'équilibre T. Si nous désignons par P(W → W′) la probabilité d'absorption du photon considéré par un atome, par seconde, donnant lieu à la transition de l'état W à l'état W′ de l'atome, cette probabilité sera proportionnelle à I(ν,T), et le coefficient de proportionnalité Bww′ est le coefficient d'absorption d'un photon par l'atome et dépend des états initial, W, et final, W′ :
Le nombre d'atomes qui subit la transition W → W′ est évidemment égal au nombre d'atomes nw dans l'état W, multiplié par la probabilité P(W → W′) ; le nombre d'atomes dans la transition inverse W′ → W est égal au nombre d'atomes nw dans l'état W′, multiplié par la probabilité P(W′ → W). L'état d'équilibre du rayonnement dans la cavité est défini par l'égalité des nombres d'atomes qui subissent les deux transitions, par seconde, donc :
Comme la distribution de l'énergie entre les atomes à l'état[...]
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Écrit par
- José LEITE LOPES : professeur de physique nucléaire, université Louis-Pasteur, directeur du groupe physique théorique et hautes énergies du Centre de recherche nucléaire de Strasbourg
Classification
Médias
Composants de base de l'atome
Encyclopædia Universalis France
Modélisation de l'atome d'uranium
DeAgostini/Getty Images
Max Planck
Hulton Archive/ Getty Images
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