Absorbtion de photons par un atome

[Szym]

Bonjour,
Un photon d'une énergie donnée peut être absorbé par un atome uniquement si son énergie correspond exactement à une transition. C'est ce que j'ai appris en cours de physique il y quelque temps.
On a donc des questions du type : un atome d'hydrogène à l'état fondamental est bombardé par des photons d'énergie 12.5 eV, peut il y avoir absorbtion? Réponse : non, les énergies correspondant aux transitions 1 à 2, 3, 4 sont 10.2 eV, 12.09 eV, 12.75 eV.
Par contre, un électron d'énergie 10.2 eV pourrait donc être absorbé. La question que je me pose est la suivante : le photon doit il avoir exactement une énergie de 10.2? C'est à dire un photon d'énergie 10.200000001 eV pourrait-il être absorbé? Peut on affirmer qu'un photon à une énergie d'exactement 10.2 eV?
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[Jeanpaul]

Non, l'énergie n'a pas besoin d'être exactement à une valeur précise. La raie d'absorption a une certaine largeur due à 2 phénomènes qui se superposent :
1- l'effet Doppler : dans un gaz, les atomes n'ont pas tous la même vitesse le long de la direction de propagation et certain ont juste la vitesse qu'il faut pour absorber
2- la largeur dite "naturelle" : la durée de vie de l'état supérieur étant limitée, l'énergie de transition est définie avec une erreur telle que le produit erreur sur E * durée de vie vaut environ h/2pi (constante de Planck)

[Szym]

Ok merci de ta réponse.

[invite15921040]

bonjour,

voici un point de vue d'opticien sur le problème de la transition.

L'énergie d'une transiton ou d'un photon peut s'écrire E=h.f=h.w/2pi, où f est une fréquence, h la constante de Planck, et w la pulsation.
En admetant ceci, on peut se dire que la polarisation du milieu induite par le champ (lumière) est un terme source pour la lumière (cf eq. de Maxwell). ie. Le champ agit sur les atomes (dipoles) de la matière (déforme le nuage électronique) et le dipole (noyau plus electron) agit sur la lumière.

On peut donc s'intéresser à la réponse d'un dipole, soumis à une force électrique oscillante, l'équation fondamentale de la dynamique s'écrit :
d²/dt² + b.dX/dt +w₀².X = A.cos(w.t)
où _ w₀ représente la pulsation de la transition (proportionnelle à l'énergie)
_ w la fréquence de la lumière (proportionelle à l'énergie du photon)
_ b un amortissement (sorte de frottement)
_ X l'écart à l'équilibre de la position de l'électron

Si l'amortissemnt est nul,et le second menbre aussi, on retrouve une équation analogue à un ressort sans frottement ou un circuit LC (au programme en TS).
Si l'on tient compte du second membre (et b=0), on est en présence d'un oscillateur forcé -----> phénomène de résonnance pour w=w₀.
Plus w sera proche de w₀ plus l'amplitude de X sera grande --->plus l'onde sera "consommée" par le dipole.
Le modèle, pour être plus réaliste doit tenir compte de l'amortissement (X ne tend pas vers l'infinit quand w=w₀).
En s'intéressant au phénomène de résonnance on peut donc intuiter pourquoi l'énergie ne doit pas forcément être égale à l'énergie de transition.

Paz.
En espérant ne pas avoir dit trop de conneries...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite64c4b5da]

"la largeur dite "naturelle" : la durée de vie de l'état supérieur étant limitée"

A noter que ce second effet est tres complique et non interpretable dans la mecanique quantique classique, d'ou probablement l'absence d'explication par ton prof. Uniquement en electrodynamique quantique, on peut interpreter la desexcitation spontanee de l'electron comme une interaction entre l'electron et le vide du champ electromagnetique (quantifie). C'est l'excitation du vide au contact de l'electron qui entraine la creation d'un photon.

[Coincoin]

Salut,
C'est d'ailleurs comme ça qu'on mesure des durées de vie en physique des particules : on mesure la largeur du pic en énergie correspondant à l'état étudié.

[Szym]

Merci pour toutes ces précisions, j'ai l'impression de comprendre ce qui se passe maintenant