1. Lumière et rayonnement
Photons (2/4)
Comment interpréter les signaux observés dans notre expérience ? Les pulsations enregistrées par le compteur et visualisées sur l'écran de l'oscilloscope nous encouragent à supposer que le détecteur ne perçoit pas la lumière comme une onde continue, mais plutôt comme une somme de petits évènements individuels et irréguliers, comme ce serait le cas pour des particules !
Chaque pulsation apparaissant sur l'écran de l'oscilloscope représente un électron libéré de la surface métallique du détecteur par l'arrivée d'un photon. On appelle de tels électrons des photoélectrons. Ils sont amplifiés par le détecteur et enregistrés comme des pulsations. Les électrons ont une charge négative et sont donc visibles comme des pulsations négatives sur l'oscilloscope. En 1905, Albert Einstein interprète l'effet photoélectrique.
Einstein n'avait pas d'oscilloscope à sa disposition. Ceux-ci n'ont été inventés qu'environ 50 ans plus tard ! Vous trouverez ici la description d'une expérience réalisable à l'école sans oscilloscope.
L'hypothèse selon laquelle la lumière possède des propriétés discrètes et donc quantifiées a été émise pour la première fois par le physicien Max Planck en 1900. Grêce à la quantification de la lumière, il a pu expliquer la luminosité et la forme du spectre des corps noirs.
Les propriétés photoniques de la lumière se manifestent
- dans le rayonnement des corps noirs
- lors de l'absorption et de l'émission de raies spectrales par les atomes et les molécules.
Ainsi, le spectre de la lumière solaire change au cours de son trajet à travers l'atmosphère jusqu'à la surface de la Terre en raison de l'absorption par des composants de l'air. Par exemple, le rayonnement UV est réduit par l'absorption de l'ozone, ce qui serait autrement très dommageable pour nous. De tels effets sont discutés au chapitre 2.
En observant le ciel avec un télescope, tu peux de temps à autre voir quelques objets qui se déplacent rapidement: les comètes ! A cause du fort rayonnement en provenance du soleil, les comètes sont déstabilisées quand elles s'en approchent et perdent un peu de poussières et de particules. Ce sont ces matériaux qui forment la queue brillante d'une comète.
Parfois, on observe une double traînée : la traînée bleue est constituée de molécules, la traînée blanche de particules de poussière plus grosses. Dans notre atmosphère aussi, les molécules d'air diffusent en bleu, les grosses gouttes d'eau des nuages en blanc. La comète de l'image ci-dessus montre très clairement les deux queues. Leur orientation différente est souvent expliquée par le modèle photonique : les photons de la lumière solaire repoussent les molécules loin du soleil avec leurs chocs, ce qu'ils ne parviennent pas à faire avec les particules de poussière bien plus grandes et plus massives ! Cependant, Maxwell avait déjà montré en 1873 que les ondes électromagnétiques exerçaient également de telles forces.
Dans le supplément 1.6 et une exercice nous observerons de plus près la queue des comètes.
