Overview
Ce cours porte sur Arthur Compton, sa découverte de l'effet Compton et son importance dans la compréhension de la nature corpusculaire de la lumière.
Arthur Compton et le contexte historique
- Arthur Compton, physicien américain né en 1892, mort en 1962 en Californie.
- Prix Nobel de physique en 1927 pour sa découverte de l'effet Compton.
- Son expérience a démontré l'existence des photons et la nature duale, onde-corpuscule, de la lumière.
Effet Compton : principe et expérience
- L'effet Compton : collision entre un photon (rayonnement électromagnétique, ex. rayon X/gamma) et un électron quasi-libre.
- Après le choc, la longueur d'onde du photon augmente (décalage vers le rouge), le photon perd de l'énergie et l'électron est éjecté.
- Conservation de l'énergie totale pendant le processus, l'énergie du photon est transférée à l'électron.
- Observé surtout avec des photons très énergétiques (rayons X, rayons gamma).
Interprétation théorique et validation expérimentale
- Expérience de Compton : mesure du décalage de la longueur d'onde après diffusion selon l'angle.
- Échec initial à expliquer les observations via la fluorescence et l'effet Doppler.
- Accords parfaits entre théorie et expérience obtenus en considérant le photon comme une particule avec énergie E = hν et impulsion p = h/λ.
- Formule du décalage Compton : Δλ = h/(m_e c) × (1 - cosθ).
Conséquences et importance de la découverte
- Effet Compton : preuve décisive de la nature corpusculaire de la lumière.
- Valide la dualité onde-corpuscule : la lumière se comporte soit comme onde, soit comme particule selon l'expérience.
- Rejet des modèles purement ondulatoires pour expliquer certaines interactions lumière-matière.
Analogies et équations associées
- Utilisation d’oscillateurs harmoniques (mécaniques ou électroniques) pour modéliser certains phénomènes physiques.
- Énergie d’un photon : E = hν ; longueur d’onde λ = c/ν.
Key Terms & Definitions
- Photon — particule élémentaire de lumière, porteuse d’énergie.
- Effet Compton — augmentation de la longueur d’onde d’un photon après collision avec un électron.
- Dualité onde-corpuscule — propriété de la lumière pouvant se comporter comme onde ou particule.
- Longueur d’onde (λ) — distance entre deux crêtes d’ondes successives.
- Impulsion (p) — quantité de mouvement d’une particule (p = h/λ).
- Fluorescence — émission secondaire de lumière par une substance exposée à des rayonnements.
Action Items / Next Steps
- Relire le chapitre sur l’effet Compton et la dualité onde-corpuscule.
- S’entraîner à appliquer la formule du décalage Compton à différents cas.
- Préparer des questions sur Wilson et les chambres à brouillard pour la prochaine séance.