Effet Compton – la quantité de mouvement d’un photon
PhysiquePhysique quantique et nucléaire17–18 ansLaboratoire virtuel
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Un photon X heurte un électron au repos et repart dévié d’un angle θ avec une longueur d’onde plus grande : λ′ − λ = (h/mₑc)(1 − cos θ). Faites glisser pour changer l’angle de diffusion et lisez la longueur d’onde et l’énergie du photon avant et après, l’énergie cinétique et la direction de l’électron de recul, ainsi qu’un diagramme vectoriel montrant la conservation de la quantité de mouvement : p = p′ + pₑ. L’écran Expérience de Compton mesure le spectre des rayons X diffusés avec un spectromètre à cristal, avec un pic non décalé et un pic décalé ; relevez des mesures à plusieurs angles et tracez Δλ en fonction de (1 − cos θ) pour trouver la longueur d’onde de Compton et la constante de Planck.
Leçon : Dualité onde–particule : effet Compton
Ce qu’elle montre
En 1923, Arthur Compton constate que les rayons X diffusés par du graphite contiennent une seconde longueur d’onde, plus grande. Il l’explique en traitant les rayons X comme des photons, chacun d’énergie E = hc/λ et de quantité de mouvement p = h/λ, qui rebondissent sur des électrons libres comme des boules de billard. La conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement donne λ′ − λ = (h/mₑc)(1 − cos θ), où h/mₑc = 2,43 pm est la longueur d’onde de Compton. Le décalage ne dépend que de l’angle, ni de la longueur d’onde ni du matériau : il est grand pour les rayons X et gamma mais invisible pour la lumière. Le modèle traite l’électron comme libre et au repos.
Mode d’emploi
Dans Collision photon–électron, réglez Longueur d’onde des rayons X λ et faites glisser dans l’image ou déplacez Angle de diffusion θ ; appuyez sur Envoyer un photon pour voir la collision et sur Enregistrer pour ajouter une ligne au tableau. Dans Expérience de Compton, choisissez le Bloc diffuseur et un angle, puis faites glisser sur le graphique ou utilisez Lecture du spectromètre λ′ et ses boutons − / + pour vous placer sur le pic décalé ; appuyez sur Relever la mesure. Tracez Δλ en fonction de (1 − cos θ).
Paramètres modifiables
- Écran Collision photon–électron, Expérience de Compton
- Longueur d’onde des rayons X 2–100 pm
- Angle de diffusion 0–180 °
- Bloc diffuseur Graphite, Aluminium, Cuivre
- Afficher le diagramme des quantités de mouvement
Questions à explorer
- Pourquoi le décalage à 90° est-il le même pour toute longueur d’onde incidente ?
- Pour quel angle de diffusion l’électron de recul gagne-t-il le plus d’énergie cinétique, et pourquoi ?
- Pourquoi le décalage Compton est-il facile à détecter avec des rayons X mais pas avec la lumière visible ?
