Que se passe t'il quand un atome absorbe un photon

[docEmmettBrown]

Bonjour,

j'ai assisté cette semaine à une conférence de physique, et un spectateur a demandé : "quand un atome absorbe un photon, ce gain d'énergie augmente la vitesse de l'atome ?", il me semble apres un court moment de discussion que le physicien était partie sur la réponse oui (la réponse n'était pas tres clair). Mais apres quelques jours, je coince sur la réponse. Si dans un matériaux un atome qui est dans un état excité va plus vite, il transmet donc ce gain d'énergie aux atomes voisins, ce qui lui fait perdre de l'énergie sous forme de chaleur. Mais comment alors l'électron peut retourner dans sa couche de départ, car l'atome n'a plus assez d'énergie pour émettre un photon ?

J'espere que c'est assez clair pour vous...

Merci d'avance
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[Resartus]

Bonjour,
Il n'y a pas que les niveaux électroniques (l'électron autour de son noyau), mais tout un tas de modes de vibration possibles.
Par exemple, dans une molécule, il y aura des modes de vibration des atomes, ou de rotation autour du centre de gravité.
Et à un niveau d'énergie encore inférieur, il y a les oscillations du nuage électronique (qui n'est plus centré autour du noyau).
Si on est dans un cristal ou un liquide, ces oscillations vont se propager via les contacts entre nuages, et fournir ou retirer de l'énergie aux atomes. Si on est dans un gaz, ce sera par les chocs
Tout ceci cause une agitation permanente fonction de la température, mais à des énergies relativement faibles (hertzien ou au maximum infrarouge).
Le résultat est que la fréquence du photon qui déclenche une transition électronique n'a pas besoin d'être très précise : les raies sont élargies, et cet élargissement peut être très important (en absorption comme en émission).
D'ailleurs, si on veut des raies très fines (lampes spectrales de laboratoire) il faut prendre pas mal de précautions (gaz peu dense, température basse ...)

[Amanuensis]

j'ai assisté cette semaine à une conférence de physique, et un spectateur a demandé : "quand un atome absorbe un photon, ce gain d'énergie augmente la vitesse de l'atome ?"

La réponse est d'une certaine manière oui, mais c'est mal formulé. Le «photon» amène de l'énergie, de la quantité de mouvement et du spin. C'est l'apport de quantité de mouvement qui change la vitesse de l'atome (et peut la diminuer aussi bien que l'augmenter ou en changer la direction).

Mais comment alors l'électron peut retourner dans sa couche de départ, car l'atome n'a plus assez d'énergie pour émettre un photon ?

La difficulté vient de ce que l'énergie cinétique et la vitesse sont des grandeurs relatives: elles dépendent du référentiel. Mais l'énergie d'excitation (et donc du photon de désexcitation) est celle calculée dans un référentiel où l'atome est immobile. Le photon émis aura une énergie différente dans un référentiel où l'atome se déplace (effet Doppler, disons), et prendre cela en compte permet de s'y retrouver.