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Concept
Diffusion Compton
Résumé
En physique, la diffusion Compton (aussi appelée effet Compton) est une diffusion élastique (reposant sur la conservation de l'énergie cinétique globale du système étudié) lorsqu'on considère un électron libre, mais inélastique pour un électron lié. Ce phénomène s'observe lorsqu'un photon incident entre en collision avec un électron libre (ou plus précisément avec un électron faiblement lié) d'un atome. Au cours de ce processus, l'électron est éjecté de l'atome, qui est donc ionisé, tandis qu'un photon est diffusé. Arthur Compton a, en 1923, observé l'allongement de la longueur d'onde du photon dans cette diffusion, effet auquel on a attribué son nom.
L'expérience de Compton devint l'ultime observation qui convainquit la plupart des physiciens que la lumière peut se comporter comme un faisceau de particules dont l'énergie est proportionnelle à la fréquence (ou inversement à la longueur d'onde). Cet effet est important en physique car il montre que la lumière ne peut pas être uniquement décrite comme une onde.
Considérons un photon venant de la gauche et se dirigeant vers la droite avec une impulsion et une énergie . Le photon est diffusé par un électron au repos d'énergie initiale . Le photon est diffusé dans une direction faisant un angle par rapport à la direction d'origine. L'électron prenant une direction , l'impulsion du photon après diffusion sera et celle de l'électron .
Pour connaître la variation de longueur d'onde du photon dû à la collision, on utilise la conservation de la quantité de mouvement et la conservation de l'énergie. La conservation de la quantité de mouvement s'écrit , d'où en élevant au carré , c'est-à-dire, en utilisant l'invariance du produit scalaire dans l'espace de Minkowski :
D'un autre côté, la conservation de l'énergie s'écrit, avec les expressions relativistes des énergies :
où et sont respectivement la masse de l'électron et la vitesse de la lumière. Le signe est utilisé ici comme habituellement pour désigner le photon-lui-même.
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