photons et verre

[invite17b3df66]

bonjour!
juste une petite question de néophyte: pourquoi les photons peuvent-ils traverser le verre ou tout matériau transparent?
merci
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[invite8ef897e4]

Bonjour,

la reponse provocatrice est qu'ils ne peuvent pas ! Strictement parlant en effet, un photon est un quantum du champ EM dans le vide. Incident sur une plaque de verre, une (ou plusieurs) quasi-particule(s) est (sont) alors excitee(s) qui va (vont) emettre un (ou plusieurs) photon(s) de l'autre cote de la plaque. Ou bien c'est moi qui suit a cote de la plaque

Une chose est certaine : on ne peut pas devier un photon. Au mieux, un photon est absorbe, suivi de la re-emission d'un autre photon (processus Compton elementaire).

[invite17b3df66]

aaaaaaaaaaaaaaaahhhhhhhhhhhhhh hhhhhhhhhhhhh
j'ai compris, alors le photon reste collé à la vitre ou est absorbé et un autre exité "continue la course du premier" c'est ça?
merci encore

[invite1c3dc18e]

bah tu oublies peut-être un peu là qu'à l'échelle du photon un atome c'est plutôt le vide intersidéral et qu'il a une chance non nulle de passer à travers...

Sinon les phénomènes de diffraction (et par extension de diffusion, dispersion) n'existeraient pas, sauf s'il existait un phénomène de réémission cohérente de photons dans une autre direction, ce qui hélas n'existe pas...

A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite8ef897e4]

bah tu oublies peut-être un peu là qu'à l'échelle du photon un atome c'est plutôt le vide intersidéral et qu'il a une chance non nulle de passer à travers...

Cette affirmation n'est pas assez precise pour etre valide. En fait, si l'on veut aller dans ce genre de considerations, les choses sont loin d'etre triviales. En effet, strictement parlant, un photon est dans un etat defini d'impulsion et donc possede une extension spatiale "infinie" ! Seuls les photons virtuels peuvent avoir une echelle de distance a laquelle ils sont sensibles.

[invite17b3df66]

je crois que 'est encore un tout petit peu trop inconnu pour moi ce domaine mais merci pour les réponses
a plus

[invité576543]

Bonjour,

bah tu oublies peut-être un peu là qu'à l'échelle du photon un atome c'est plutôt le vide intersidéral et qu'il a une chance non nulle de passer à travers...

C'est une vision "corpusculaire". Pour les phénomènes ondulatoires constatés pour la lumière, l'échelle du photon est sa longueur d'onde. A cette échelle, pour la lumière visible les distances interatomiques sont microscopiques.

Cordialement,

[invité576543]

Bonjour,

bonjour!
juste une petite question de néophyte: pourquoi les photons peuvent-ils traverser le verre ou tout matériau transparent?
merci

Comme dit humanino, les photons ne traversent pas. Ce qui traverse c'est la lumière, ce qui est quelque peu différent.

La lumière, c'est à la fois de l'énergie et un "signal". L'énergie et le signal sont portés par des photons, mais c'est l'énergie et le signal qui importent quand on parle de lumière: les mêmes énergie et signal sont portés en relais par des populations de photons différentes quant ils passent dans un matériau. Quand on dit qu'un matériau est translucide, l'énergie passe, le spectre de la lumière est conservé, mais il y a perte de la partie "signal" qui permet de construire une image à partir de la lumière. Quand un matériau est transparent, le "signal" passe en plus.

L'origine des différences de comportement des matériaux vis-à-vis de la lumière est l'organisation des charges électriques dans le matériau. Je ne sais pas aller plus loin pour expliquer la transparence ou non.

Cordialement,

[invite9f8bf3bf]

Bonjour,
les photons sont des particules non chargé, du coup ils ont toujours une probabilité non nulle de traverser le matériau en conservant toute leur énergie. En faite seule le nombre de photons qui traversent le matériau va diminuer, leur énergie restant la meme. Avec des particules chargées, l'énergie diminuerait aussi.

[invite3ec74f20]

les physiciens ont dit ce mot photon seulement pour montrer que l'energie est y transmis d'une facon quantique(n'est pas continue).
il faut poser la question pourquoi on a des corps transparants. c'est à dire de quoi il differe un corps transparant d'un corps non transparant.
on veut rentrer dans l'interieur du matériau pour expliquer ce phénomène.

[invite7ce6aa19]

.Un photon possède une énergie h.f où f est la fréquence et h la constante de Plank.
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Si un système physique possède une différence d'énergie entre 2 niveaux correspondant à cette énergie alors le photon est absorbée.
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Dans le cas du verre il y un gap élevé entre la bande de valence (pleine) et la bande de conduction (vide). Dans ce cas le photon n'ayant pas assez d'énergie pour être absorbé passe a travers le matériau.

[invite2c6da301]

exactement :

la structure périodique d'un cristal (je ne sais ps encore de quel type de cristal je parle, métallique, isolant, peu importe, je prends juste un arrangement périodique d'atomes) fournit "une structure de bandes" pour les états électroniques :

certaines bandes d'énergie sont interdites (aucun électron ayant cette énergie ne peut exister dans le cristal).

d'autres sont tout à fait autorisées.

différentes bandes autorisées peuvent être séparées les unes des autres par une bande interdite d'une certaine largeur ou gap :

dans l'état fondamental, on remplit les états électroniques les uns après les autres, jusqu'au dernier électron, en respectant le principe de Pauli.

à ce moment là, on peut venir exciter notre système, avec un photon par exempe :

si celui-ci a une énergie inférieure au gap, il ne pourra envoyer aucun électron dans la bande supérieure, et sera simplement transmis sans être absorbé (dans ce cas, on peut augmenter le nb de photons incidents, cela ne changera strictement rien...bon ok, tant qu'on reste dans les limites de la réponse linéaire )

par contre, si le photon a une énergie supérieure à celle du gap, il va être absorbé en envoyant un électron vers une bande supérieure

[invité576543]

Bonjour,

Mais un verre n'est pas un cristal...

Cordialement,

[invite7ce6aa19]

Bonjour,

Mais un verre n'est pas un cristal...

Cordialement,

Du point de vue des propriétés optiques la lumière voit la structure de bandes électroniques et non pas la structure cristallographique.
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Le verre (comme tous les matériaux amorphes) ainsi que les matériaux périodiques et isolants presentent une bande interdite similaire (avec quelques subtilités en bord de bande: queue de densité d'états);

[invité576543]

Bonjour,

Quelques points étant déblayés, faut aller plus loin! La question a loin d'avoir eu une réponse complète, si tant est qu'elle en eu vraiment une...

Le métal à l'arrière d'un miroir n'absorbe pas la lumière, mais elle ne traverse pas non plus.

Donc, "ne pas être absorbé" n'implique pas "traverse".

La neige, bien blanche, n'absorbe pas non plus la lumière: elle la renvoie en quasi totalité. Là encore, "ne pas être absorbé" n'implique pas "traverse".

Ensuite, pour la théorie des bandes: le verre n'est pas transparent aux infra-rouge. Pourtant, l'énergie d'un photon infra-rouge est encore plus faible que pour la lumière visible. Cela montre au minimum que l'explication par le gap n'est pas complète.

Autre question, je prend un cristal transparent, du diamant par exemple, chauffé à 2000 °C. Est-il encore transparent au rouge? Si la réponse est non, est-ce parce que le gap change avec la température, ou pour une autre raison?

Cordialement,

[invite7ce6aa19]

Bonjour,

Quelques points étant déblayés, faut aller plus loin! La question a loin d'avoir eu une réponse complète, si tant est qu'elle en eu vraiment une...

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Effectivement il y a beaucoup de choses a dire sur la question

Le métal à l'arrière d'un miroir n'absorbe pas la lumière, mais elle ne traverse pas non plus.

Donc, "ne pas être absorbé" n'implique pas "traverse".

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Ce que tu poses là c'est le raccordement de 2 matériaux. Il y a des conditions de continuité a respecter sur les composantes longitudinales et transversales des champs électriques et magnétiques (d'où la réflexion). Une fois dans un matériau et à une longueur d'onde déterminée la propagation est caractérisée par un indice complexe (la partie imaginaire representant les mécanismes d'absorbtion).

La neige, bien blanche, n'absorbe pas non plus la lumière: elle la renvoie en quasi totalité. Là encore, "ne pas être absorbé" n'implique pas "traverse".

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Il s'agit d'un milieu très hétérogène, (contrairement au verre et aux cristaux) dont il faut traiter les mécanismes de diffusion multiple.

Ensuite, pour la théorie des bandes: le verre n'est pas transparent aux infra-rouge. Pourtant, l'énergie d'un photon infra-rouge est encore plus faible que pour la lumière visible. Cela montre au minimum que l'explication par le gap n'est pas complète.

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Absolument dans l'infra-rouge la lumière est absorbée par le réseau cristallin (création de phonos optiques).
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Du coté de l'ultraviolet lointain le verre absorbe également, on est au-dessus du gap.
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En montant en énergie vers les rayons X le verre et les cristaux sont à nouveaux transparents et sont sujet à la diffusion cohérente qui permettent de "photographier" le réseau réciproque.

Autre question, je prend un cristal transparent, du diamant par exemple, chauffé à 2000 °C. Est-il encore transparent au rouge? Si la réponse est non, est-ce parce que le gap change avec la température, ou pour une autre raison?

Cordialement,

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En portant à haute température tu excites tous les modes de vibration. pour un mode donnée il y aura plusieurs phonons. C'est la raison pour laquelle la bande de conduction va être légérement peuplée d'électrons et donc légérement conductrice. Supposons que 10 phonons soient suffisant pour atteindre le gap. Par contre il n'est pas possible d'exciter 10 phonons optiquement (il y a des régles de sélections). Donc le matériau reste transparent à l'absorbtion dans le rouge.

Par contre à l'émission un électron de la bande de conduction pourra se recombiner a la bande de valence en émettant un photon (par exemple rouge) + une multitude de phonons si bien qu'il émettra un spectre continu dans un certain nombre de longueurs d'onde.
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Précisions sur le vibrations.
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A basse température les phonons associés à chaque mode ont une longue durée de vie. En montant en température les effets sont non linéaires se manifestent et un phonon fait rapidement des collisions avec d'autres phonos, c'est pourquoi on peut ajouter l'énergie des phonos entre eux pour expédier un électron dans la bande de conduction. On peut avoir les mêmes phénomènes en optique non linéaire mais avec des faisceaux très intenses.

[invite3710ad34]

Bonjour,

La lumière, c'est à la fois de l'énergie et un "signal". L'énergie et le signal sont portés par des photons, mais c'est l'énergie et le signal qui importent quand on parle de lumière
Cordialement,

Et l'onde, est-elle énergie et../..ou signal ?

Cordialement

[invité576543]

Bonsoir,

Et l'onde, est-elle énergie et../..ou signal ?

Les deux, non? Toutes les ondes que je connais ont de l'énergie, typiquement en rapport avec le carré de l'amplitude, et les ondes véhiculent un signal via les variations de phase et d'amplitude.

Cordialement,

[invite3710ad34]

Bonsoir,

D'accord pour le signal, mais l'énergie de l'onde étant répartie sur un front, j'ai le sentiment qu'il y a comme un "tour de bonneteau" pour faire apparaître le photon. C'est l'énergie de ce dernier qui va impressionner le détecteur à la sortie du milieu transparent.