Photon
Historique[modifier | modifier le wikicode]
L'étude de la lumière vraie onde prouvée par des interférences vers 1800 par Young et Fresnel, a conduit à la mécanique quantique en 1900 avec Planck qui a découvert que la lumière échange son énergie avec les [[atomes par paquets quantum d'énergie appelés photons. Ce paquet ou quantum d'échange d'énergie est proportionnel à la fréquence de l'onde. De ce fait le photon, onde de lumière se comporte aussi comme une particule découverte par Einstein pour expliquer l'effet photoélectrique avec un seuil minimum égal à ce quantum d'énergie. A partir de ces observations réelles on a développé la mécanique quantique.
Le photon de la lumière est une preuve de la dualité onde particule de la mécanique quantique qui régit tout notre univers avec toutes ses particules.
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 lumineuse ou de certains rayons cosmiques ; 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 a une masse 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.
Cette masse nulle permet au photon de parcourir tout l'univers délocalisé sur des distances quasi infinies. Si le photon avait une masse non nulle il aurait une portée de propagation et interaction finie, comme la plupart des autres particules quantiques.
Un photon peut être créé lors de différents évènements avec des énergies très différentes de très faibles (ondes radio avec un très grand nombre de faibles photons) à des énergies énormes rayons gamma des réactions nucléaires, très dangereux. même pour une seul fort photon :
- 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 ?
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| 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 :
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]
Liens externes[modifier | modifier le wikicode]
La couleur du photon - Labosim.net
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