Electron

[invite79a09589]

Bonjour à tous, je voudrais savoir ce que signifique le fait qu'un éléctron, en absorbant un photon monte d'un niveau d'energie. Est-ce que cela a un rapport avec les orbites "concentriques" ? Si un electrons absorbe/emet un photon monte/descend t-il à l'orbite juste au dessus/dessous ou c'est une autre caracteristique de l'electron ?
Je dois enfait faire un exposé sur l'horloge atomique, et il faut que je comprenne le sens de : l'immuabilité de la fréquence du rayonnement électromagnétique émis par un électron lors du passage d'un niveau d'énergie à un autre. Pourrait-on aussi dire "l'immuabilité de la periode de temps entre une transition de deux états ?"


Merci d'essayer d'être clair
car je débute dans la matière
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[Amanuensis]

Il y a différents "niveaux" auxquels répondre à cette question. J'en tente un. À vous de dire si c'est "clair" pour vous ; sinon, faudra tenter autrement...

La transition d'état utilisée pour une horloge atomique n'est pas une "caractéristique de l'électron" mais un changement d'état d'un atome. Si on prend le cas de l'horloge atomique de référence, il s'agit d'une transition particulière de l'état d'atomes de Césium 133, et plus précisément de l'état du "nuage électronique" de chaque atome, en tenant compte de l'orientation du spin du noyau (qui n'est pas nul pour un noyau ayant un nombre impair de nucléons).

Les conformations suffisamment stables du "nuage électronique" d'un atome sont discrétisées, et chacune a (entre autres) comme caractéristique l'énergie du nuage électronique relativement au noyau de l'atome. Lors d'une transition entre deux conformations, la différence d'énergie doit être absorbée de, ou émise vers, l'environnement de l'atome, par exemple par interaction avec le champ électro-magnétique extérieur (absorption ou émission d'un photon).

L'énergie de chaque conformation est spécifique à la conformation et à l'atome (et à l'isotope). En excellente approximation, les conformations possibles de l'atome dans un gaz monoatomique ne dépendent que de la nature de l'atome/isotope. La différence d'énergie lors d'une transition est donc "immuable" au sens où 1) elle ne dépend que de la nature de l'atome/isotope, 2) tous les atomes de Césium 133 sont considérés comme "identiques", de même nature, de mêmes liste de conformations et caractéristiques de ces conformations.

Les horloges atomiques ont pour principe de générer un champ magnétique oscillant approximativement à la fréquence connue et l'asservir en vérifiant que les atomes sont excités au maximum par ce champ, via une mesure de la quantité d'atomes excités. La fréquence obtenant ce maximum est imposée par la nature de l'atome de Césium 133, et donc "immuable" à ce sens.

[invite79a09589]

Merci de votre réponse, donc

si j'ai bien compris, tout le mecanisme des niveaux d'energies est en faite la transition de la manière dont les electrons sont disposé (ou conformation) dans le nuage electronique en tenant compte de l'orientation du spin du noyau de l'atome (un état de l'atome si j'ai bien compris).

Par rapport à l'horloge atomique, c'est la transition particulière de l'état de l'atome de Césium 133 qui permet le fonctionnement de l'horloge et sa précision

Je ne comprends pas encore très bien le principe de "spin" (qui si j'ai bien compris d'après vous est un facteur de l'état de l'atome de Césium 133), le nombre de sujet sur cette caracteristique de l'electron ne m'aident toujours pas à comprendre.

J'ai donc à peu près compris sur quoi s'appuie l'horloge atomique (la transition d'état de l'atome de Cesium 133).
Mais je ne comprend pas encore très bien votre dernier paragraphe, que signifie enfait " la fréquence connue "

[Amanuensis]

Pour le dernier paragraphe :

Il y a beaucoup d'états possibles à un atome de Césium 133, et en conséquence beaucoup de transitions possibles. Chacune correspond à un changement d'énergie particulier. Une horloge atomique consiste à "exciter" la bonne transition. Pour la discriminer par rapport à d'autres, il faut la connaître a priori. La procédure consiste à émettre un champ électro-magnétique à une fréquence qui n'en est pas très loin ; ensuite, c'est la réaction des atomes qui permet d'affiner et de caler précisément l'émission sur la bonne valeur.

J'expliquais cela parce qu'on ne mesure pas la fréquence émise ou absorbée par l'atome en tant que telle : on envoie une onde électro-magnétique qu'on cale à la bonne valeur par observation de l'effet que cela fait sur les atomes, pour maximiser son absorption. Ce n'est qu'un détail de procédure, mais je l'ai précisé par réaction à une phrase du message #1.

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Pour le spin, on peut d'une certaine manière l'ignorer, et se contenter de l'effet qu'il a, qui est le moment magnétique correspondant. Très improprement, on peut s'imaginer le noyau comme un petit aimant, dont la direction est celle du spin (qui ne peut pas être nul, comme indiqué, cause l'imparité de 133). De même le nuage atomique a aussi un spin qui ne peut pas être nul, cause, cette fois, du nombre impair d'électrons (Cs a pour Z 55, impair), et donc se comporte (grossièrement) aussi comme un petit aimant. On peut alors comprendre que l'énergie de la configuration n'est pas la même selon que les deux "aimants" sont dans la même direction ou "tête-bêche". La transition utilisée est celle d'un "retournement" de l'un par rapport à l'autre.

Pour me répéter, ce sont des images, une description propre est celle donnée par la physique quantique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite79a09589]

Merci mais, je ne comprend toujours pas le spin, mais on peut "d'une certaine manière l'ignorer", l'explication de la transition des états d'atome de Césium et le moyen d'exciter la bonne transition par l'emission d'un champ électromagnétique extérieur à une fréquence qui n'en est pas très loin ( pas très loin de ? ) et de préciser le résultat en tenant compte de la reaction des atomes me suffit!