C'est en 1922 qu'Arthur Holly Compton, après avoir mené quelques études sur l'interaction radiation-matière, s'est rendu compte que lorsqu'un faisceau de rayons X frappait une cible de carbone, diffusion. Initialement, Compton n'a rien remarqué d'anormal, car ses mesures indiquaient que le faisceau diffusé avait une fréquence différente de celle du faisceau incident juste après avoir traversé la cible.
Selon la théorie des ondes, ce concept était considéré comme allant de soi, car la fréquence d'une onde n'est modifiée par aucun phénomène qui se produit avec elle, car elle est caractéristique de la source qui la produit. Mais ce qui a été trouvé, par l'expérimentation, c'est que la fréquence des rayons X diffusés était toujours inférieure à la fréquence des rayons X incidents, selon l'angle de déviation. La figure ci-dessous nous montre le schéma d'occurrence de ce phénomène, connu sous le nom de Effet Compton.
Pour expliquer ce qui s'est passé, Compton s'est inspiré de l'approche d'Einstein, c'est-à-dire qu'il a interprété les rayons X comme des faisceaux de particules et l'interaction comme une collision de particules. L'énergie du photon incident, selon Einstein et Planck, serait h.f; et le photon diffusé aurait un électron, dans le respect de la loi de conservation de l'énergie.
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L'approche a parfaitement fonctionné, mais Compton est allé encore plus loin. Il a également étudié l'interaction du point de vue de la loi de conservation de la quantité de mouvement linéaire. Expérimentalement, il a vérifié que cette loi était valable pour plusieurs angles de diffusion, tant que le moment linéaire du photon était défini comme
Où:
- ç – est la vitesse de la lumière dans le vide
- H – est la constante de Planck
- λ – est la longueur d'onde du rayonnement
L'inventeur de la chambre à nuages (Charles Wilson) a obtenu expérimentalement les trajectoires des photons et des électrons diffusés, en collaboration avec Compton. Deux caractéristiques sont notables dans l'expression ci-dessus: l'une est la redéfinition de la quantité de mouvement linéaire elle-même, qui ne peut pas être écrite comme mv, car le photon n'a pas de masse; et l'autre caractéristique que l'on peut observer est l'établissement d'une association nette entre une quantité typique de corpuscules, c'est-à-dire la matière, et une quantité caractéristiquement ondulatoire.
Compton a ensuite développé une méthode qui a prouvé que le photon et l'électron étaient diffusés simultanément, ce qui a exclu les explications impliquant l'absorption et l'émission ultérieure de rayonnement.
Par Domitiano Marques
Diplômé en Physique
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SILVA, Domitiano Correa Marques da. « Effet Compton »; École du Brésil. Disponible en: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/efeito-compton.htm. Consulté le 27 juin 2021.
