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7+ faits sur Arthur Compton et son effet célèbre

7+ faits sur Arthur Compton et son effet célèbre

En 1923, Arthur Compton a aidé à fournir certaines des premières preuves du monde réel de la postulation d'Einstein selon laquelle les photons peuvent agir comme des particules. En utilisant des rayons X et du graphite, il a presque à lui seul contribué à démontrer notre compréhension moderne de la dualité onde-particule.

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Quel est l'effet Compton?

L'effet Compton, ou diffusion Compton, est le terme donné à ce qui arrive à l'énergie d'un photon (comme un rayon X ou un rayon gamma) lorsqu'il interagit avec la matière (principalement les électrons). Lorsque cela se produit, sa longueur d'onde augmente (ou son énergie / fréquence diminue) en se dispersant sur un électron cible.

Il a été décrit pour la première fois par Arthur Holly Compton en 1923 et est un principe fondamental de la physique. Compton a fait sa découverte après avoir fait de nombreuses expériences en faisant rebondir les rayons X sur les électrons des atomes de graphite.

Grâce à ses travaux, il a découvert que les rayons X qui diffusaient des électrons de graphite avaient une fréquence plus basse et une longueur d'onde plus longue que leurs propriétés avant de les frapper.

L'ampleur de la variation de fréquence dépend également de l'angle de diffusion et de la valeur à laquelle le rayon est dévié de son trajet d'origine.

Une grande analogie est un jeu de billard. Imaginez une table avec juste une boule blanche et la boule 8.

Si vous frappez la bille blanche sur la bille 8, qui était au repos, la bille blanche la frappera et déviera (o se dispersera) à un certain angle. Il perdra également une partie de son élan initial et de son énergie cinétique.

Ceci est très similaire à ce qui se passe lorsqu'un photon X "frappe" et se disperse sur un électron.

Qui était Arthur Holly Compton?

Arthur Holly Compton était un physicien américain qui a remporté le prix Nobel de physique 1927 pour sa découverte de l'effet nommé en son honneur.

Il est né le 10 septembre 1892 à Wooster, Ohio. Sa famille était très académique avec son père, le doyen de l'Université de Wooster et ses frères ayant tous deux obtenu un doctorat dans la même université.

Arthur avait un intérêt précoce pour l'astronomie et a même réussi à capturer une photo de la comète de Halley en 1910. Il est ensuite diplômé de l'Université Wooster avec un B.Sc. et a ensuite complété une maîtrise de Princeton en 1914.

Il a ensuite obtenu son doctorat. en physique en 1916 de Princeton. Après avoir travaillé comme professeur de physique entre 1916 et 1917, il reçut plus tard l'une des deux premières bourses du Conseil national de recherches en 1919 qui permit aux étudiants d'étudier à l'étranger.

Pendant ses études à l'Université de Cambridge, Compton a étudié la diffusion et l'absorption des rayons gamma.

Après son retour aux États-Unis, Compton a été nommé chef du département de physique de l'Université de Washington en 1920. C'est ici que ses travaux les plus importants ont été achevés.

Que prouve l'effet Compton?

Les travaux de Compton ont effectivement fourni des preuves supplémentaires à l'appui de la résolution d'Einstein de l'effet photoélectrique. Dans le cadre de cet effet, Einstein a postulé que la lumière peut se produire sous forme de particules discrètes, plutôt que d'ondes, qui pourraient être utilisées pour produire théoriquement de l'électricité.

Cet effet est à la base du fonctionnement des cellules solaires modernes.

Mais quand il a été proposé, en 1905, il avait vraiment besoin de preuves expérimentales pour confirmer la théorie. Les travaux de Compton ont fourni cela et ont montré que les photons présentent effectivement un comportement semblable à celui des particules.

Pour ses découvertes, Compton a reçu le prix Nobel de physique 1927. Depuis lors, plusieurs milliers d'autres expériences ont montré depuis que la lumière peut présenter à la fois un comportement d'onde et de particule, une propriété appelée dualité onde-particule.

Il est depuis devenu l'une des pierres angulaires de la mécanique quantique.

Pourquoi l'effet Compton est-il important?

L'effet Compton est important car il permet de démontrer que la lumière ne peut pas être expliquée uniquement comme un phénomène ondulatoire. Cela allait à l'encontre de la croyance de longue date à l'époque appelée dispersion de Thomson.

Cette théorie classique d'une onde électromagnétique diffusée par des particules chargées, ne peut expliquer le décalage de faible intensité de la longueur d'onde.

"Classiquement, la lumière d'une intensité suffisante pour que le champ électrique accélère une particule chargée à une vitesse relativiste provoquera un recul de la pression du rayonnement et un décalage Doppler associé de la lumière diffusée, mais l'effet deviendrait arbitrairement petit à des intensités lumineuses suffisamment faibles indépendamment de longueur d'onde.

La lumière doit se comporter comme si elle était constituée de particules pour expliquer la diffusion Compton de faible intensité. L'expérience de Compton a convaincu les physiciens que la lumière peut se comporter comme un flux de particules dont l'énergie est proportionnelle à la fréquence. "- eng.libretexts.org.

Comment l'effet Compton a-t-il été découvert?

Compton a fait sa découverte en diffusant des rayons X d'électrons dans une cible de carbone et en trouvant des rayons X diffusés avec une longueur d'onde plus longue que ces incidents sur la cible.

"L'expérience originale de Compton a utilisé des rayons X de molybdène K-alpha, qui ont une longueur d'onde de 0,0709 nm. Celles-ci ont été dispersées à partir d'un bloc de carbone et observées à différents angles avec un spectromètre Bragg.

Le spectromètre est constitué d'un cadre rotatif avec un cristal de calcite pour diffracter les rayons X et une chambre d'ionisation pour la détection des rayons X. Puisque l'espacement des plans cristallins dans la calcite est connu, l'angle de diffraction donne une mesure précise de la longueur d'onde. "- wiki.metropolia.fi.

Faits intéressants sur l'effet Compton

1. L'effet Compton a fourni la première preuve de la postulation d'Einstein selon laquelle la lumière peut se comporter aussi bien comme une particule que comme une onde.

2. La découverte de Compton a également été observée de manière indépendante par le physicien néerlandais Peter Debye la même année.

3. Compton a reçu le prix Nobel de physique en 1927 pour ses découvertes.

4. La diffusion Compton est un exemple de diffusion inélastique de la lumière par une particule chargée libre. Ici, la longueur d'onde de la lumière diffusée est différente de celle du rayonnement incident.

5. La diffusion Compton est l'un des trois processus concurrents lorsque les photons interagissent avec la matière. À des énergies inférieures de quelques photons eV ou keV, ils peuvent être complètement absorbés, ce qui entraîne l'éjection d'un électron d'un atome hôte.

Aux énergies plus élevées de 1,022 MeV ou plus, le photon peut bombarder le noyau de l'atome hôte et provoquer la formation d'un électron et d'un positron (production de paires).

6. Pendant la Seconde Guerre mondiale, Arthur Compton était un membre senior du projet Manhattan. Dans ce rôle, il a consacré une grande partie de ses énergies administratives, scientifiques et d'inspiration à aider à créer les premières armes atomiques au monde.

7. Auparavant, en 1922, Compton était en mesure de prouver que les rayons X peuvent être totalement réfléchis à l'intérieur des miroirs en verre et en argent. Cela a permis d'obtenir les valeurs précises de l'indice de réfraction et des populations électroniques de substances.

Il a également permis de déterminer des valeurs plus précises pour la charge d'un électron.


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