Absorption émission de photon

[invite1c145ce6]

Bonjour,

Après l'absorption d'un photon par un atome, le temps que celui-ci met à le (où son équivalent) réémettre dépend-il de la distance à d'autres atomes présents dans son environnement?
Merci
-----

[LPFR]

Bonjour.
Un atome ne réémet pas un photon absorbé. Celui-ci disparaît définitivement.
Il émet (éventuellement) un autre "nouveau" avec presque la même énergie et dans une direction quelconque.
Le temps entre les deux événements ne dépend pas, à ma connaissance, des autres atomes autour.
Au revoir.

[Deedee81]

Salut,

EDIT j'ai mis trop longtemps pour répondre. Sorry. Croisement quelque peut complémentaire.

Après l'absorption d'un photon par un atome, le temps que celui-ci met à le (où son équivalent) réémettre dépend-il de la distance à d'autres atomes présents dans son environnement?

Non, tant que cet atome n'est pas perturbé par la présence des autres atomes (dans ce cas, cela modifie la forme des orbitales et peut modifier le résultat). C'est en général le cas dans les gaz monoatomiques, mais dans les liquide et les solides ou les gaz moléculaires, les comportements des atomes peut être fort différent (structures moléculaires, cristallines).

[invite36dac211]

Bonjour à tous,

Sauf erreur de ma part, votre argument marche pour l'émission spontanée, mais pas pour l'émission stimulée...
Dans un laser, la désexcitation des atomes (donc l'émission de photons) dépend de la densité de photons dans le milieu, donc de la densité atomique !

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour à tous,

Sauf erreur de ma part, votre argument marche pour l'émission spontanée, mais pas pour l'émission stimulée...
Dans un laser, la désexcitation des atomes (donc l'émission de photons) dépend de la densité de photons dans le milieu, donc de la densité atomique !

Re.
La densité de photons ne dépend pas de la densité atomique.
A+

[coussin]

Bonjour,

Après l'absorption d'un photon par un atome, le temps que celui-ci met à le (où son équivalent) réémettre dépend-il de la distance à d'autres atomes présents dans son environnement?
Merci

Pour être strict, oui. L'environnement autour d'un atome shifte ses niveaux et modifie ses largeurs (cet effet est utilisé dans le cas du blockage Rydberg).
Ceci étant dit, pour toute application « normale », non (car l'effet que j'ai décrit est tout petit)

[Deedee81]

La densité de photons ne dépend pas de la densité atomique.

En outre, c'est un tout autre problème. Si j'envoie un flux de neutrons sur l'atome, là aussi ça va modifier ce qui se passe

Pour être strict, oui. L'environnement autour d'un atome shifte ses niveaux et modifie ses largeurs (cet effet est utilisé dans le cas du blockage Rydberg).
Ceci étant dit, pour toute application « normale », non (car l'effet que j'ai décrit est tout petit)

Corrige moi si je me trompe : c'est un effet dû à l'interaction dipolaire électrique entre atome ?

C'est amha à inclure dans les effets de proximité dont je parlais (mais en toute honnêteté je n'avais pas du tout pensé à ça).

Je suppose que de tels effets doivent aussi se produire avec le moment magnétique. Par contre, je suppose que les phénomènes d'échanges d'électrons (comme dans les ferromagnétiques) doivent être négligeables si les atomes sont assez éloignés pour que les autres effets soient négligeables.

[invite36dac211]

Re.
La densité de photons ne dépend pas de la densité atomique.
A+

Re.
Si j'envoie un photon dans une cavité de volume V avec aucun atome, il n'y aura aucune émission spontanée. Au bout du compte, la densité de photon est de 1/V.
Si j'envoie un photon dans une cavité avec un nombre N d'atomes avec inversion de population, il y aura émission spontanée de n photons (à l'équilibre). Au bout du compte, la densité de photon est de n/V.

Soit je rate un truc, soit en fonction de la densité d'atomes (0 dans le premier cas, N/V dans le second), la densité de photons change.
A+

[LPFR]

Re.
Si j'envoie un photon dans une cavité de volume V avec aucun atome, il n'y aura aucune émission spontanée. Au bout du compte, la densité de photon est de 1/V.
Si j'envoie un photon dans une cavité avec un nombre N d'atomes avec inversion de population, il y aura émission spontanée de n photons (à l'équilibre). Au bout du compte, la densité de photon est de n/V.

Soit je rate un truc, soit en fonction de la densité d'atomes (0 dans le premier cas, N/V dans le second), la densité de photons change.
A+

Re.
Ce qui change avec la densité d'atomes excités est le nombre de photons émis. Pas le nombre de photons présents. Vous n'êtes pas toujours dans une cavité. Même pas pour un laser.
Et le sens de la question n'à rien à voir avec des cavités ni des états métastables.
A+

[Deedee81]

EDIT RE-croisement, avec LPFR qui est clairement moins dubitatif que moi (partie soulignée)

Si c'est dans ce sens là que tu l'entends, oui, effectivement, le nombre de photons stimulés dépend bien du nombre d'atomes. Et ces photons stimulés vont effectivement agir sur l'atome auquel on s'intéresse. Même s'il n'est pas juste à coté des autres.

Mais je n'ai pas l'impression que c'est dans ce sens là que tranquillos posait la question (tranquillos : ce serait peut-être bien si tu pouvais préciser la question et son pourquoi).

Après tout, comme j'ai dit plus haut, si on projet un flux de neutrons sur l'atome, il y a fort à parier que cela va influencer son émission. Peut-on vraiment alors parler de "temps d'émission influencée par les atomes du voisinage [à l'origine des neutrons]" ? Oui, évidemment, mais il serait alors plus cohérent de dire "temps d'émission perturbé par l'absorption de neutrons par le noyau".

Mais attendons peut-être plus de précision de tranquillos, après tout c'est lui qui a posé la question

[invite36dac211]

Re.
Ce qui change avec la densité d'atomes excités est le nombre de photons émis. Pas le nombre de photons présents. Vous n'êtes pas toujours dans une cavité. Même pas pour un laser.
Et le sens de la question n'à rien à voir avec des cavités ni des états métastables.
A+

Re.
Etes vous en train de dire que le nombre de photons présents est indépendant du nombre de photons émis ?!
A défaut de cavité, pour exprimer une densité, il faut bien se ramener à une unité de volume...
Quels sont les lasers qui fonctionnent sans cavité ? J'ai du mal à imaginer un milieu laser sans feedback ; ce serait d'avantage un amplificateur qu'une source cohérente...

J'ai bien l'impression également que tranquillos cherchait à savoir si la durée de vie de l'état excité par émission spontanée dépendait de la présence d'autres atomes. Je proposais simplement une autre interprétation à la modification de la durée de vie par le l'émission stimulée
A+

[LPFR]

Re.
Les lasers à azote fonctionnent sans cavité et émettent dans l'UV. Il y a quelques décennies dans la section "The amateur scientist", Scientific American avait publié la façon d'en construire un chez soi.

Attendons que tranquillos se réveille et nous disse dans quel contexte se situait sa question.

Je parierais un café que la question de tranquillos était en relation avec l'indice de réfraction.
A+
EDIT: http://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen_laser

[invitea3c75901]

Bonjour,

Les lasers à azote fonctionnent sans cavité et émettent dans l'UV.

Attention à ne pas confondre émission spontanée (luminescence) et émission stimulée (effet laser). Le premier n'est pas cohérent, de fait pour sélectionner un mode (ou plusieurs), et même pour obtenir l'amplification, il faut fixer une cavité.
Même un bête laser HeNe peut émettre une lumière (jaune si je me souviens bien) quand la cavité n'est pas fixée, mais ce faisceau n'est ni directionnel ni cohérent, c'est simplement la désexcitation spontanée des atomes.
Je me demande donc si wikipedia ne fait pas une erreur en parlant de "laser" fonctionnant en super-luminescence...
a+

[coussin]

La cavité dans un laser est surtout pour atteindre la condition de lasage. Un aller dans le milieu amplificateur ne suffit pas pour avoir gain=pertes. Alors on fait plein d'allers-retours en utilisant une cavité. Ça fait double emploi puisque ça focalise le faisceau (de manière bêtement géométrique, les photons trop obliques sortent de la cavité).

[invitea3c75901]

les photons trop obliques sortent de la cavité

Je suis d'accord avec vous, on parle aussi de sélection de mode transversal.
a+

[LPFR]

...
Je me demande donc si wikipedia ne fait pas une erreur en parlant de "laser" fonctionnant en super-luminescence...
a+

Bonjour.
Il ne faut pas prendre les milliers de lecteurs de Wikipedia en anglais pour des crétins ou des ignorants.
Ni la section de Sci. Am. que j'avais lu il ya 39 ans pour Science & Bêtises.
Lisez la page de Wikipedia en entier avant d'avancer des hypothèses aussi absurdes.
Le cas du laser à azote est plutôt exceptionnel par le gain du milieu, qui est très supérieur aux lasers à gaz habituels. Ce qui lui permet de fonctionner sans cavité.
Au revoir.

[invitea3c75901]

Bonjour,

Ni la section de Sci. Am. que j'avais lu il ya 39 ans pour Science & Bêtises.

Je n'aurais pas osé, en revanche peut-être n'avez-vous pas saisi une subtilité quand vous l'avez lu (il y a 39 ans).
Rappel : LASER : light amplification by stimulated emission of radiation.
D’après votre lien "les laser à azote peuvent fonctionner avec une cavité mais [...] ils fonctionnent souvent sans en super-luminescence".
Effectivement le gain de l'azote est suffisant pour amplifier son émission spontanée sans allers-retours dans une cavité (qui est tout de même présente par la diffusion de l'azote, soit dit en passant), mais par définition une émission spontanée se fait dans une direction aléatoire spatialement.
Or, par définition, un faisceau laser est cohérent spatialement et temporellement. Je ne vois pas comment vous pouvez faire interférer la multitude de modes émis (pour que le faisceau soit directionnel et homogène) sans...les faire se recouvrir.
L'effet dont vous parlez n'est pas exceptionnel, il peut arriver dans d'autres milieux amplificateurs, on cherche justement à s'en débarrasser pour éviter de diminuer l'inversion de population avec un signal inutile.

http://en.wikipedia.org/wiki/Superluminescence

[invite1c145ce6]

Bonsoir,
et merci à tous pour vos réponses.

Un atome ne réémet pas un photon absorbé. Celui-ci disparaît définitivement.
Il émet (éventuellement) un autre "nouveau" avec presque la même énergie et dans une direction quelconque.
Le temps entre les deux événements ne dépend pas, à ma connaissance, des autres atomes autour.

Veuillez excuser la lenteur avec laquelle je reprend le clavier, ceci est dû à mon métier qui me porte absent souvent, et aussi aux recherches sur internet guidées par vos interventions.

LPFR

Je parierais un café que la question de tranquillos était en relation avec l'indice de réfraction.

Perdu et gagné.Je vous l'offrirais de bon coeur. Ma question reste très sommaire, simplement à l'unisson de mes connaissances médiocres. En relation avec l'indice de réfraction, sûrement en deuxième couche, mais encore plus basique, en fait, et prioritairement avec la réflexion.
J'ai cru comprendre que l'existence de la réflexion avait à voir avec le rapport entre la longueur d'onde du rayon incident et les distances inter-atomiques, qui doit être supérieur à 1
Mais je trouve encore comme magique le fait que le rayon réfléchi forme un angle égal au rayon incident, par rapport à la normale au plan matériel du corps qui réfléchi.
Ma question est là, dans un premier temps. La similitude avec une balle de tennis rebondissant sur le cours ne me suffit pas. Les photons ne sont pas des boules ou des sphères, au premier abord. Mais peut-être qu'au deuxième???
L'émission spontanée se fait sous un angle aléatoire par rapport à l'incidence, dans le cas d'un atome isolé. Dans le cas d'un plan, comportant donc plusieurs atomes alignés, y-a t'il une relation entre la proximité des électrons, et la durée séparant la réflexion de l'incidence, une équation mêlant ces paramètres aboutissant toujours à un angle calculable, et surtout identique pour les deux rayons?
Excusez-moi, ce n'est pas facile de s'exprimer sans les bases...
Merci encore.

[invitea3c75901]

Bonsoir,

Mais je trouve encore comme magique le fait que le rayon réfléchi forme un angle égal au rayon incident, par rapport à la normale au plan matériel du corps qui réfléchi.

Effectivement, l'optique géométrique ne pourra pas vous en apprendre plus! Pour pouvoir expliquer ces phénomènes, il faut étudier l'optique ondulatoire, qui est décrite par les équations de Maxwell.
Ainsi, de par la description de la lumière comme un champ électromagnétique, on peut retrouver l'équation de Snell Descartes (entre autres) :
http://phineas.u-strasbg.fr/marquis/...M/ReflRefr.pdf
a+

[invitea3c75901]

Pour la deuxième question, une émission spontanée, comme l'a dit LPFR, n'est pas une réflexion, mais une absorption puis une réémission (dans une direction au hasard d'un "nouveau" photon). Par contre, c'est vrai que chaque atome (et plus précisément chaque niveau d'énergie de ses électrons) possède des temps de réémission propre entre l'absorption et la réémission.

[LPFR]

Bonjour.
Je suis d'accord avec Thouxify. Le modèle des photons n'est pas du tout adapté pour expliquer la réflexion et la transmission. Il faut utiliser le modèle ondulatoire c'est à dire, les équations de Maxwell et l'électromagnétisme.
Même chose pour la diffraction que vous évoquez sans le dire à propos de l'éloignement entre atomes et la longueur d'onde. Comme la longueur d'onde mentionnée l'indique, il faut utiliser le modèle ondulatoire.

En deux mots, la réflexion est due:
- dans un conducteur: au courant crée à sa surface par le champ électrique de l'onde. Ce courant crée une autre onde que nous voyons comme "l'onde réfléchie".
- dans un diélectrique: à l'oscillation des électrons des atomes qui créent une autre onde qui part dans toutes les directions. La partie qui part en arrière est ce que nous voyons comme "onde réfléchie" et l'addition de l'onde incidente avec l'onde crée qui part dans la même direction donne ce que nous voyons comme "onde transmisse" et qui semble se déplacer à une vitesse differente.

Tout ceci est parfaitement compris et expliqué avec le modèle ondulatoire (y compris la polarisation dont on n'a pas parlé). Ça ne s'explique pas avec le modèle des photons. Même si des enseignants ignorants essaient de raconter la fable du photon absorbé puis réémis. Ce semble d'être une mode dans l'enseignement: le "tout photon".
Au revoir.

[coussin]

La réflexion spéculaire s'explique parfaitement avec les photons via la conservation de la quantité de mouvement et de la fréquence