Photon

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Photons émis dans les faisceaux parallèles de six lasers.

Le photon est une particule élémentaire, c'est-à-dire l'un des constituants les plus simples de l'Univers, au même titre que les quarks.

On peut le définir comme la particule qui transporte l'énergie ; on entend d'ailleurs souvent dire du photon qu'il est un « morceau » de lumière, et qu'un rayon lumineux est un « courant » de photons. Ce n'est pas tout à fait vrai.

Carte d'identité du photon[modifier | modifier le wikicode]

Le photon est une particule élémentaire qui possède une masse quasiment nulle (il ne pèse presque rien, si peu que cela est négligeable). Selon Albert Einstein, c'est la même chose que de dire qu'il voyage à la vitesse de la lumière (voir lumière).

Un photon peut, être, créé lors de différents évènements :

  • au cœur du Soleil, par fusion nucléaire : des atomes d'hydrogène fusionnent en atomes d'hélium. Cette réaction produit un trop-plein d'énergie sous forme de photons.
  • dans les lampes à incandescence (les ampoules avec un filament qui s'illumine lorsqu'on les allume), on fait passer un courant électrique dans un filament métallique très fin. Par l'effet Joule, le filament s'échauffe, car le courant électrique lui fournit une énergie trop grande. Encore une fois, pour évacuer cette énergie, plusieurs photons sont émis.

Ses manifestations[modifier | modifier le wikicode]

Le savais-tu.png
Le savais-tu ?
Conseil
Bien que le rédacteur de l'article ait tenté d'être le plus clair possible pour expliquer la notion de photon, il te conseille fortement d'avoir lu l'article sur les ondes électromagnétiques avant de continuer. Sans cela, l'article sur lequel tu es actuellement, triplerait de volume et répèterait une autre partie de l'encyclopédie .

Pourquoi dire plus haut dans l'article que les photons ne sont pas exactement les porteurs de lumière ?
En réalité, les photons transportent plus que la lumière : ils sont les ondes électromagnétiques : il existe donc des photons radio (peu énergétiques), des photons ultraviolets (plus énergétiques que les photons « habituels », de lumière visible), etc.

Albert Einstein est connu pour sa célèbre théorie de la relativité. Cependant, ce n'est pas pour cette théorie qu'il a obtenu le prix Nobel, mais pour ses travaux sur les quanta, des travaux qui marqueraient le début de la physique quantique.

Qu'est-ce qu'un quantum ?[modifier | modifier le wikicode]

En latin, quantum signifie combien1.

Albert Einstein a déterminé, à la suite d'un travail difficile mais passionnant, que l'énergie se transmet par petits « paquets », les quanta. Examinons rapidement ce que cela signifie :

Barre de métal chauffée : elle émet des photons de couleur dépendant de sa température.

En chauffant très fort un morceau de métal, on peut s'apercevoir que celui-ci change de couleur : d'abord rien (rayons infrarouges, invisibles), puis rouge, orange, jaune, blanc (lumière visible), etc. La couleur du métal est liée à sa température, c'est-à-dire à l'énergie fournie au métal par la flamme.

Considérons maintenant un seul atome de ce morceau de métal, et oublions tous les autres. Plus la chaleur (=l'énergie) augmente, plus il s'agite fort, car son énergie « intérieure » augmente aussi2. S'il ne fait rien pour arranger les choses, notre atome risque d'exploser, comme une cocotte-minute qui chauffe, mais sans que la vapeur ne puisse sortir !

Il choisit donc d'évacuer cette énergie en « ouvrant les vannes » (pour la cocotte-minute, cela équivaudrait à ouvrir la valve d'échappement de la vapeur). Il évacue des photons (qui sont de l'énergie).

Mais attention ! Si vous ne disposez que de 5 girafes, vous ne pouvez pas en vendre 12 au zoo du coin ! Notre atome ne peut donc pas relâcher plus d'énergie qu'il n'en a.

Pour simplifier, disons que pour un quantum d'énergie fourni à l'atome, celui-ci peut évacuer un photon radio. Pour 2 quanta, il peut relâcher 1 photon infrarouge (plus énergétique) ou 2 photons radio, mais pas de photon rouge (visible) ! Il n'a pas assez d'énergie pour cela.

C'est cela, les quanta.

On apprend à l'université les développements de cette théorie, l'une des plus importantes du XXe siècle et aussi l'une des plus précises : la mécanique quantique (qui signifie simplement l'étude des quantas). Il faut bien comprendre les mathématiques pour comprendre cette branche de la physique, encore plus que pour les autres branches. Cette science permet de comprendre les atomes, donc la chimie, mais aussi la lumière, les ondes électromagnétiques, etc.

Notes[modifier | modifier le wikicode]

  1. On dit un quantum, des quanta (en latin, le pluriel de certains groupes de mots est marqué par la terminaison en « -a »)
  2. L'énergie fournie au métal devient celle des atomes du métal.

Liens externes[modifier | modifier le wikicode]

La couleur du photon - Labosim.net

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