Pourquoi le photon perd-il de l’énergie dans l’effet Compton ?

Une partie de l’énergie et de la quantité de mouvement passe à l’électron de recul — sinon les deux grandeurs ne se conservent pas. L’énergie du photon est E = hc/λ, donc une perte d’énergie allonge la longueur d’onde. Plus l’angle de diffusion est grand, plus le décalage l’est.

L’électron est-il vraiment libre et au repos dans la matière ?

C’est une simplification. Dans l’atome, les électrons sont liés. Pour les X et les γ dont l’énergie dépasse largement l’énergie de liaison, l’approximation est bonne. Pour les photons mous, on ne peut pas négliger la liaison, et le tableau est plus complexe.

Que signifie la longueur d’onde Compton λ_C ?

λ_C = h/(m_e c) ≈ 2,43 pm — l’échelle naturelle du décalage. Le maximum Δλ = 2λ_C s’atteint en rétrodiffusion, θ = 180°. La constante mélange h, c et la masse de l’électron.

Pourquoi l’effet Compton prouve-t-il que la lumière est un flux de particules ?

Une onde classique n’explique ni la dépendance de Δλ à l’angle, ni l’électron de recul. La formule exige un photon d’énergie E = hf et de quantité de mouvement p = h/λ, plus les lois de conservation au choc. L’accord avec l’expérience a été un argument en faveur du photon.

Effet Compton

Décalage de longueur d’onde du photon Δλ = λ_C (1 − cos θ) ; λ_C ≈ 2,426 pm.

Un rayon X ou γ incident (λ) est diffusé sous l’angle θ ; le photon sortant est plus rouge. θ = 180° — décalage maximal (rétrodiffusion).

Avant

2.40 pm

→

Après

4.83 pm

Graphiques

À propos du modèle

L’effet Compton est la diffusion inélastique d’un photon sur un électron libre au repos : le photon cède une partie de son énergie et de sa quantité de mouvement, la longueur d’onde croît. La formule de Compton : Δλ = λ′ − λ = λ_C (1 − cos θ), où λ_C = h/(m_e c) ≈ 2,426 pm est la longueur d’onde Compton de l’électron. Le décalage est nul à θ = 0 et maximal en rétrodiffusion, θ = 180°. L’électron est d’abord au repos et non lié ; les énergies de liaison et la diffusion multiple ne sont pas prises en compte. À l’écran — le graphe Δλ(θ) et les valeurs « avant / après » pour les λ et θ choisis.

Public : Terminale et physique quantique de licence : photon, quantité de mouvement p = h/λ, effet Compton.

Notions clés

effet Compton
photon
longueur d’onde Compton
décalage de longueur d’onde
rétrodiffusion
constante de Planck

Comment ça marche

λ′ − λ = λ_C (1 − cos θ), λ_C ≈ 2,426 pm. Le graphe Δλ(θ) croît de 0° à 180° ; le maximum est en rétrodiffusion. Les nombres « avant / après » sont cohérents avec les λ et θ choisis.

Formules

λ′ − λ = λ_C (1 − cos θ), λ_C ≈ 2,426 pm

Questions fréquentes

Pourquoi le photon perd-il de l’énergie dans l’effet Compton ?: Une partie de l’énergie et de la quantité de mouvement passe à l’électron de recul — sinon les deux grandeurs ne se conservent pas. L’énergie du photon est E = hc/λ, donc une perte d’énergie allonge la longueur d’onde. Plus l’angle de diffusion est grand, plus le décalage l’est.
L’électron est-il vraiment libre et au repos dans la matière ?: C’est une simplification. Dans l’atome, les électrons sont liés. Pour les X et les γ dont l’énergie dépasse largement l’énergie de liaison, l’approximation est bonne. Pour les photons mous, on ne peut pas négliger la liaison, et le tableau est plus complexe.
Que signifie la longueur d’onde Compton λ_C ?: λ_C = h/(m_e c) ≈ 2,43 pm — l’échelle naturelle du décalage. Le maximum Δλ = 2λ_C s’atteint en rétrodiffusion, θ = 180°. La constante mélange h, c et la masse de l’électron.
Pourquoi l’effet Compton prouve-t-il que la lumière est un flux de particules ?: Une onde classique n’explique ni la dépendance de Δλ à l’angle, ni l’électron de recul. La formule exige un photon d’énergie E = hf et de quantité de mouvement p = h/λ, plus les lois de conservation au choc. L’accord avec l’expérience a été un argument en faveur du photon.

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