Quel est l'effet Compton?
L'effet Compton est le transfert de l'énergie de la lumière et d'autres rayonnements électromagnétiques, tels que les rayons X et les rayons gamma, vers des particules subatomiques stationnaires telles que des électrons. Cet effet observable conforte la théorie selon laquelle la lumière est composée de particules appelées photons. L'énergie transférée est mesurable et l'interaction est conforme aux lois de la conservation de l'énergie. C'est-à-dire que l'énergie combinée du photon et de l'électron avant la collision est égale à l'énergie combinée des deux particules après la collision. Un résultat secondaire, et lié, de la collision de photons et d'électrons est connu sous le nom de diffusion Compton, observée comme un changement de direction des photons après la collision ainsi qu'un changement de leur longueur d'onde.
Au début du 20e siècle, Max Planck, physicien de renom, partit du principe que l’énergie électromagnétique, telle que la lumière visible et d’autres rayonnements, était composée de paquets individuels d’énergie appelés photons. Ces paquets étaient en outre supposés être sans masse mais avoir une nature individuelle et, parfois, se comporter comme des propriétés et partager certaines propriétés avec d'autres particules subatomiques à masses observables. Une série d'expériences et de calculs ont abouti à l'acceptation de cette théorie, et lorsque l'effet Compton - la diffusion d'électrons due à leur absorption d'énergie de photons - a été observé et enregistré par le physicien Arthur Holly Compton en 1923, la théorie de Planck a été renforcée.
Les travaux de Compton sur le phénomène, connu sous le nom d'effet Compton, lui valurent plus tard le prix Nobel de physique. Compton a observé que les photons pouvaient transmettre de l'énergie aux particules subatomiques telles que les électrons, les faisant se disperser ou s'éloigner de leurs positions d'origine. Dans certaines conditions, cela peut entraîner la séparation des électrons de leurs molécules mères, leur ionisation ou le changement de leur charge électrique nette du neutre au positif en retirant l'électron chargé négativement.
Il a ensuite observé qu'après la collision, le photon présentait une augmentation de la longueur d'onde, conséquence directe de sa perte d'énergie pour l'électron et liée à l'angle de déviation dans son changement de direction, connu sous le nom de diffusion de Compton. Cette relation est définie par une équation appelée formule de Compton. Une analogie couramment utilisée pour expliquer l'effet Compton est la frappe d'un groupe de boules de billard immobiles par une boule de choc en mouvement. La bille blanche transmet une partie de son énergie aux autres boules, qui se dispersent lorsque la bille blanche se déplace dans une autre direction à une vitesse réduite. Tandis que la lumière a une vitesse constante, la vitesse réduite de la boule de repère est analogue à l'état d'énergie plus basse du photon après la collision avec un électron, qui se manifeste par sa longueur d'onde plus longue plutôt que par sa vitesse réduite.