PHOTONS
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
Médias
Effet photo-électrique
Encyclopædia Universalis France
Paquet d'ondes à un photon incident
Encyclopædia Universalis France
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