Vulgarisation. Effet photoélectrique.

[invite968be57d]

Bonsoir

Une plage de galet. Des petites vagues qui se suivent.

Galet numéro 1.
Une vague le fait reculer. La suivante un peu plus. La troisième le conduit encore un peu plus loin et il bascule. Il a enfin changé de place.
Galet numéro 2.
La première vague le bascule un peu, mais il retombe à sa place en oscillant un peu. La suivante pareil. Et ainsi de suite. Il reste à sa place.
Puis viennent quelques vagues "spéciales".
La première le bascule un peu. Et la suivante le reprend juste au bon moment. Il oscille un peu plus, un peu plus fort. La troisième amplifie le mouvement et à un moment, il fait un tour et change de place.

L'image est douteuse. Dans l'effet photoélectrique, c'est à partir d'une certaine fréquence et au-dessus que l'électron est émis. Mais l'image vaut ce qu'elle vaut.

J'ajoute que Planck parlait de quantités finies d'énergie échangée. De quanta d'énergie.
Einstein a introduit le mot "photon". Oui, une particule de matière sans masse. Mais ce que pensait Einstein, c'est un mystère..........

Il me semble que le photon est autre chose qu'une particule.

86cat
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[ThM55]

Einstein n'a pas introduit le mot "photon", il parlait plutôt de "quanta de lumière". Ce qu'il pensait est parfaitement décrit dans sa conférence de Salzbourg en 1909. Le terme "photon" est apparu beaucoup plus tard sous la plume de divers auteurs. Il est devenu d'un usage officiel quand le chimiste Lewis s'est mis à l'employer.

Concernant la question des particules, cela revient à définir ce qu'on entend par "particule". Aucun traité de physique ne donne la définition à ma connaissance. Par contre on sait depuis déjà plus de 40 ans produire des états de lumière à un seul photon. Voir l'article de Wikipedia: \lien{https://en.wikipedia.org/wiki/Single-photon_source} (curieusement cet article n'existe pas en français, alors que des startups existent en France qui peuvent vous vendre des sources de photon unique à base de points quantiques). Et le plus élémentaire consiste à détecter ce photon. On constate expérimentalement que si on a deux détecteurs, leur corrélation de détection sur un tel état est nul. Donc un état à un photon ne permet que de faire une et une seule détection. Si ce n'est pas une particule c'est que c'est bien imité. Cette non-détection double d'un état de lumière est totalement en contradiction avec le modèle classique ou quasi-classique de la lumière.

[Deedee81]

Salut,

Deux précisions.

Une plage de galet. Des petites vagues qui se suivent.
Galet numéro 1.
Une vague le fait reculer. La suivante un peu plus. La troisième le conduit encore un peu plus loin et il bascule. Il a enfin changé de place.

Cette image montre bien pourquoi l'approche ondulatoire classique (l'électromagnétisme de Maxwell) posait un soucis.

On peut calculer sans difficulté la quantité d'énergie qu'une onde électromagnétique peut fournir dans une petite zone, disons une maille cristalline du métal, à un atome. Et cette énergie est vraiment minuscule. Pour reprendre l'image, la vague ne fait pas franchement reculer le galet : il frémit à peine, et il ne faudrait pas deux ou trois vagues pour le faire basculer mais des millions.

On peut imaginer que cette énergie s'accumule. Mais ça signifierait un temps conséquent, un gros délai, avant le démarrage de l'effet photo électrique, des longuuuuues minutes. Ce qu'on observe pas. Et lorsqu'il démarrerait on aurait un énorme parquet d'électrons qui partiraient en même temps ou presque, ce qui n'est pas non plus observé.

On pourrait imaginer que la concentration soit "spatiale" plutôt que temporelle, comme si la vague entrait dans un goulet d'étranglement. Alors l'énergie concentrée en un point de la plaque suffirait à arracher l'électron. Mais pourquoi a tel endroit plutôt que tel autre ? La physique ondulatoire classique est déterministe et si la concentration était liée à la géométrie ou a la microstructure de la plaque (pour une raison mystérieuse d'ailleurs), l'émission se produirait toujours au même endroit. Or on vérifie expérimentalement que les électrons démarrent de n'importe quel point, de ci de là, de manière parfaitement aléatoire.

Il me semble que le photon est autre chose qu'une particule.

En effet, ce n'est pas juste un "corpuscule" au sens classique. C'est un objet quantique manifestant des propriétés corpusculaires et ondulatoires. Il n'y a pas vraiment d'équivalent classique.

[invite968be57d]

Bonjour

Merci pour vos deux réponses. Precieuses pour moi.

A la fin des années 1800, il y a des tas d'expériences dans de nombreux domaines (je ne cite pas). Et des tas de raissonements qui évoluent ( je prends un exemple... Le pudding aux raisins de Thompson qui deviendra l'atome de Bohr).

Einstein a pris tout çà. Les expériences et les raissonnements partiels (je n'aime pas ce mot).
Un grand puzzle qu'il a assemblé.

Ses conclusions (ses théories) changent radicalement notre perception du monde. Et heurtent notre sens commun. Notre logique.
Merci si vous réagissez à cela

86cat

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Einstein a pris tout çà. Les expériences et les raissonnements partiels (je n'aime pas ce mot).
Un grand puzzle qu'il a assemblé.

Il n'est pas le seul. Ajoute Planck, Heisenberg, Dirac, les Curie, etc.... Peu ou pro tous les physiciens (tout physicien hérite d'une longue tradition).

[invite968be57d]

Bonjour

Oui Deedee. Tu as raison. Einstein hérite lui aussi d'une longue tradition. Comme tous les physiciens.
J'ai passé "en revue" Galilée. J'ai passé "en revue" Newton (je cite un peu Newton: Tycho Brahé, Kepler...)
"En revue": les dates, les noms de personnes, les avancées....

Je suis à Einstein. Je citerais plutôt Poincarré, Lorentz et un autre (le nom m'échappe, je réponds "à chaud"....)
Je situais Rutherford beaucoup plus tôt dans l'histoire. Et je viens d'apprendre qu'il est mort en 1939.....

Ce n'est plus de la physique. (Mon propos...)
Mais la courbe est exponentielle. Les avancées scientifiques se succèdent de plus en plus vite.

D'où va venir le futur? La prochaine avancée.
Juste passionnant pour moi.

86cat

[Deedee81]

Je suis à Einstein. Je citerais plutôt Poincarré, Lorentz et un autre (le nom m'échappe, je réponds "à chaud"....)

Je citerais Maxwell pour Einstein. D'une part lors de ses études il avait râlé en disant que l'électromagnétisme de Maxwell n'était pas enseigné (les programmes scolaires ne sont pas toujours à jour par rapport aux développements récents (mais là, c'est normal qu'il ralait : ça faisait déjà presque quarante ans !!!!). Et il l'a donc étudié par lui-même. De plus, son premier article sur la relativité s'intitulait "Sur l'électrodynamique des corps en mouvement" et la référence à l'électromagnétisme est claire dans l'article.

On peut citer aussi Robert Brown, après tout le premier article d'Einstein était sur le mouvement Brownien et c'est cet article qui a achevé de convaincre les derniers irréductibles (ou presque) de l'existence des atomes.

Et n'oublions pas Planck aussi, le travail d'Einstein sur l'effet photoélectrique est remarquable car il a retrouvé la relation de Planck.

Bref, n'importe quel scientifique connait les travaux (non vulgarisés) de dizaines et de dizaines de scientifiques touchant au domaine qui l'intéresse. Toujours.