Mecanique 1

Le photon

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Mise en contexte

A-t-on des v´erifications exp´erimentales de ces effets ? Bien sˆ ur ! Il en existe de nombreuses. La section 3.23 relate une exp´erience, connue comme « l’effet M¨ ossbauer ».

2.24

Le photon

La th´eorie de la relativit´e restreinte permet d’envisager l’existence de parti- 24.2 cules de masse nulle mais d’´energie non nulle. Dans la formule (1.89) qui fournit l’´energie d’une particule libre de masse m anim´ee d’une vitesse v, on peut faire tendre kvk vers c et la masse m vers z´ero, tout en gardant le rapport mc2 p

1 − v 2 /c2

constant, ´egal `a l’´energie E

On peut ´egalement parvenir ais´ement au mˆeme r´esultat `a l’aide de la condition de masse (1.85) en y posant m = 0. La relation entre la quantit´e de mouvement et l’´energie devient simplement : E = c |p| Des particules de masse nulle existent, par exemple le neutrino et l’antineutrino. Ces particules de masse nulle ont ´et´e observ´ees indirectement, puis plus r´ecemment de mani`ere directe, par exemple dans les constituants de la d´esint´egration du neutron en trois particules que sont le proton, l’´electron et l’antineutrino : n −→ p + e− + ν Voici un autre exemple. Au tout d´ebut du xxe si`ecle, pour expliquer le spectre du rayonnement dit du corps noir , Max Planck formula l’hypoth`ese que ce rayonnement ´electromagn´etique ´etait soumis `a la condition que les ondes de fr´equence ν ´etaient constitu´ees d’entit´es d’´energie E = hν = ~ω

(2.99)

relation dans laquelle le symbole h d´esigne une constante appel´ee constante de Planck . A ces entit´es il donna le nom de quanta. Plus tard Einstein ´emit de plus l’hypoth`ese que ces quanta devaient ˆetre assimil´es `a des particules se mouvant ` a la vitesse de la lumi`ere, donc `a des particules de masse nulle et de quantit´e de mouvement E hν |p| = = (2.100) c c Cette particule de masse nulle fut appel´ee photon. Ces notions prendront un sens plus pr´ecis dans le cadre d’une introduction `a la physique quantique. Il faut voir la notion de photon comme un mod`ele. En tant que tel, il permet de