Dénonciation d'un crime contre l'humanité

dimanche 29 septembre 2013

Interaction Matière-Rayonnement

Interaction Matière-Rayonnement

La matière a trois manières d'interagir avec le rayonnement auquel elle est soumise : 
  • Absorption et excitation d'un atome
    Un atome peut absorber un photon et ainsi monter sur un niveau d'énergie supérieure. 

    Absorption

    Schéma de l'excitation d'un atome par absorption d'un photon.
    C. Charignon & C. Collet

    Là aussi l'impulsion doit être conservée : 
    \vec{p}_i + \hbar \vec{k} = \vec{p}_f 
  • Emission spontanée
    Lorsqu'un atome se trouve sur niveau excité, il cherche naturellement à retourner vers son niveau de plus basse énergie (qu'on appelle niveau fondamental). Pour cela, il émet un (ou plusieurs) photons afin de descendre de niveau en niveau, jusqu'à arriver sur le fondamental. 
    Entre deux niveaux, on peut attribuer une probabilité de désexcitation A_{ij}, qui est la mesure du nombre moyen d'atomes qui passent du niveau i au niveau j en une seconde. 

    Emission spontanée

    Schéma de la désexcitation spontanée d'un atome et émission d'un photon d'énergie h\nu.
    C. Charignon & C. Collet

    Chaque photon émis de cette manière part dans une direction aléatoire et emporte une partie de l'impulsion de l'atome par la même occasion, de manière analogue au recul que subit le fusil lorsqu'on tire avec. L'impulsion d'un photon est définie comme : 
    \vec{p}_{photon} = \hbar \vec{k} 
    où \hbar = h / 2\pi est la constante de Planck "réduite" et \vec{k} est le vecteur d'onde du photon émis. 
    L'impulsion étant une quantité conservée en physique, il faut que l'impulsion initiale de l'atome \vec{p}_i, son impulsion finale \vec{p}_f et l'impulsion du photon \hbar \vec{k} vérifient : 
    \vec{p}_i = \vec{p}_f + \hbar \vec{k} 
  • Emission induite
    Emission induite d'un photon : Si l'atome se trouve sur un niveau excité et qu'il reçoit un photon, il peut émettre un deuxième photon, strictement identique au photon incident, et passer sur le niveau d'énergie inférieure. C'est d'ailleurs cette propriété qui est à la base du fonctionnement des LASER. 

    Emission induite

    Schéma de l'émission induite d'un atome.
    C. Charignon & C. Collet

    La conservation de l'impulsion nous donne cette fois : 
    \vec{p}_i + \hbar \vec{k} = \vec{p}_f + 2 \hbar \vec{k}  
    Remarque : Tous les vecteurs \vec{k} sont ici strictement identiques 
    ( source : media4.obspm )

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