Absorption et Emission d'un photon

[invitecc820190]

Bonjour, je suis en terminal sti2d, j'ai décider de poster ici parce que je n'arrive pas a trouver de réponses.
D'après ce que j'ai vu en cours quand un photon "percute" un atome d'un objet soit l'électron n'absorbe pas car son énergie ne le permet pas et dans ce cas il continue sa route en tapant les autres particules et etc.. qui aura pour effet de réchauffer l'objet(Ca c'est ce qu'il y a dans mon cours, sur internet il disent juste que ca "rebondi" ) , soit il fait changer de couche l'électron a une couche supérieur qui va libérer son surplus d'énergie en créant un photon de la même énergie qu'il a reçu.

Il y a plusieurs trucs que je ne comprends pas:
-Cela veut t'il dire que dans tous les cas, la lumière traverse l'objet ? ce qui veut dire qu'il sera invisible(si c'est comme dans mon cours) et que faire changer de couche un électron n'aura servit a rien, et a ce que je sache ce n'est pas le cas en vrai
-Comment cela se passe si l'atome possède plusieurs électrons ?
-Et donc de quoi dépend la couleur d'un objet ? parce que si le photon émis en libérant le surplus fait une réaction en chaine avec les autres atomes jusque traverser l'objet cela voudrais dire que la couleur d'un objet change en fonction de son spectre d'absorbation
-Si le photon non absorbé rebondi juste et fait la couleurs d'un objet, que devient le photon fait lors de la libération d'énergie lors d'une absorbation, est-ce lui qui réchauffe l'objet ?

En gros, je suis complètement perdu
Merci d'avance
-----

[ThM55]

C'est un peu trop schématique. Pour qu'un photon soit absorbé par des transitions électroniques il faut qu'il ait précisément la fréquence qui correspond à la différence des niveaux énergétiques (selon la formule de Planck-Einstein ). Et ces niveaux sont discrets. Dans ce cas le photon absorbé peut d'ailleurs être réémis dans une autre direction. Il faut se rappeler que les matériaux qui ont une température non nulle subissent une agitation moléculaire chaotiques avec des vibrations et des mouvements dans tous les sens. L'énergie peut être réémise sans corrélation avec le photon incident, par exemple en passant par des niveaux d'énergie différents. En pratique cela se voit dans un "spectre d'absorption": la lumière ordinaire est composée d'ondes de toutes les longueurs d'onde dans le spectre, de l'infrarouge à l’ultraviolet en passant par le visible. Et quand on analyse le spectre du soleil par exemple on voit des raies plus sombres dans un spectre continu. Ces raies sombres sont des raies d'absorption qui révèlent la présence d'éléments chimiques ou de molécules dans l'atmosphère du soleil. Cette lumière a été absorbée par ces éléments mais du fait de l'agitation thermique elle a été réémise un peu n'importe comment et partagée progressivement entre les atomes et molécules de manière désordonnée. C'est ce qu'on appelle la thermalisation de l'énergie.

Mais la lumière peut aussi être diffusée, c'est à dire réémise dans une autre direction, par les molécules ou par des particules de taille beaucoup plus grande. Dans le domaine visible en général (mais pas toujours) dans le spectre visible cette diffusion se fait sans changement de fréquence, avec un angle qui toutefois peut dépendre de la fréquence. Encore une fois, selon le matériau considéré, il peut y avoir une thermalisation plus ou moins rapide. Le mécanisme est une oscillation des charges ou des moments dipolaires dans les atomes et molécules sans forcément entraîner un changement de niveau d'énergie des électrons. Ces oscillation sont causées par l'onde incidentes et rayonnent dans une direction qui peut être différente de la direction incidente. On peut de manière imagée dire que le photon "rebondit" mais la description en terme d'onde me semble plus adéquate. Quand le rayonnement est cohérent avec l'onde incidente il interfère avec elle et cela explique l'indice de réfraction des milieux transparent (c'est là que la notion de photon est problématique: correcte, mais contre-intuitive; il est plus utile de raisonner en terme d'onde classique quand les effets quantiques peuvent être négligés).

Selon le matériau, il peut y avoir divers effets. Dans un matériau visuellement opaque, cette thermalisation se fait très rapidement. Dans un matériau translucide, le photon peut être diffusé par des particules en suspension dans un milieu qui sans elles serait transparent (exemple: le brouillard). Un milieu complètement transparent n'existe pas (sauf le vide bien sûr). Le verre est transparent dans le visible mais bloque les ultraviolets. Sa constitution chimique fait que son interaction avec la lumière dans le spectre visible cause très peu d'absorption. D'autre part, la majorité des matériaux (et le verre ne fait pas exception) ont des propriétés de réflexion partielle.

Curieusement je ne connais pas de bon ouvrage de vulgarisation qui explique l'interaction entre la lumière et la matière. Je ne vois que "Lumière et matière" de Feynman, mais il est surtout orienté vers l'électrodynamique quantique et décrit assez peu les questions d'optique classique. C'est toutefois une bonne lecture, et pas chère (moins de 8 € en Points Poche). J'attendais "La Lumière Révélée" de Serge Haroche mais il m'a déçu: c'est plus une sorte d'autobiographie scientifique qu'une vulgarisation. A lire certainement, mais il ne répondra pas à vos questions. C'est à mon avis une lacune de la littérature de vulgarisation. Il est vrai que quand on introduit la notion de photon l'explication de certains phénomènes basiques comme la réfraction ou la réflexion partielle font plonger directement dans l'étrangeté quantique (que Feynman qualifiait même d'absurdité).