Photon

Le photon est une particule de masse nulle, de spin unité ; son énergie est E = hν, et sa quantité de mouvement est p = (h/2π) k où k est le vecteur d'onde associé à la particule, h est la constante de Planck : h = 6,63 x 10 puissance -34s et ν est la fréquence de la lumière en hertz (Hz)

Les photons sont donc les particules élémentaires qui composent la lumière. Le photon n’est cependant pas uniquement associé à la lumière, mais à toutes les ondes électromagnétiques.

La physique quantique classe le photon dans la catégorie des bosons : c’est donc une particule de spin (on parle aussi de moment cinétique, qui pourrait être assimilé à une rotation de la particule sur elle-même) entier.

Les caractéristiques des photons

Un photon est une particule qui possède une masse nulle, qui n'a pas de charge électrique (mais possède deux état de polarisation) qui se déplacent en permanence à la vitesse de la lumière. Lors du passage dans un milieu matériel, l’énergie du photon est invariante car la fréquence est invariante.

## L'énergie des photons

L'énergie d'un photon dépend uniquement de la fréquence de la lumière. Cette énergie peut être calculée grâce à la relation suivante :

ΔE = h × v
Dans cette formule :

ΔE est le quantum d'énergie associé au photon et exprimé en joule (J)

h est la constante de Planck : h = 6,63 x 10 puissance -34s

ν est la fréquence de la lumière en hertz (Hz)

Par ailleurs il est aussi possible d'exprimer l'énergie d'un photon en fonction de sa longueur d'onde.

## Interaction des photons avec la matière

### Interaction avec les électrons

Les photons ont initialement été décrits par Einstein d’après leur interaction avec les électrons. En effet, c’est en tentant d’expliquer l’effet photoélectrique qu’Einstein émit l’hypothèse des « quanta d’énergie » constituant la lumière.

L’effet photoélectrique est lié à l’intégration entre un photon et un électron. Lorsqu’un photon est projeté au sein du nuage électronique d’un atome, notamment au sein des couches électroniques les plus profondes, l’énergie E de ce photon peut être totalement transférée à l’électron, qui est ainsi éjecté hors de l’atome.

* L’atome est ionisé et le photon disparaît : on parle d’absorption totale.

* Il est également possible que le photon ne soit pas totalement absorbé : on parle alors de diffusion.

* Si un photon, le plus souvent de faible énergie, passe à proximité du nuage électronique d’un atome, il ne sera que dévié sans modification d’énergie : on parle de diffusion simple (cohérente et élastique).

Ce phénomène n’entraîne pas d’ionisation. Dans le cas d’une diffusion Compton (considérée comme une diffusion incohérente ou inélastique), qui concerne principalement les électrons des couches externes dans les atomes possédant un numéro atomique Z élevé, le photon incident cède (en étant dévié mais pas absorbé) une partie de son énergie à l’électron, qui sera alors éjecté formant un électron Compton. L’atome est ionisé.Paragraphe à vulgariser

Lors de l’éjection de l’atome, l’énergie du photon incident se divise entre le photon diffusé et l’électron sous forme d’énergie cinétique. Si le photon est absorbé, toute son énergie est transférée à l’électron.

## Interaction avec les noyaux

Si l'énergie du photon incident à proximité d'un noyau est supérieure à 1,022 MeV, ce photon peut se matérialiser en une paire électron-positron (Un positron est un électron d'anti-matière). L'énergie du photon va se répartir également entre ces deux particules. Une fois l’énergie cinétique épuisée, le positron va s'annihiler : en rencontrant un électron, le positron va émettre deux photons de 511 keV, partant à 180° l'un de l'autre.

Un photon de haute énergie peut également être absorbé par le noyau, qui devient instable et se désintègre en émettant un neutron : c'est l'effet photonucléaire.

AZX + 00Ɣ → A-1ZX + 10nFormule à expliquer

Cette réaction permet la formation d’un isotope du noyau X, qui sera généralement radioactif.

## Source(s)

1. ↑ https://www.larousse.fr/encyclopedie/divers/photon/79371#:~:text=Le%20photon%2C%20particule%20%C3%A9l%C3%A9mentaire&text=Le%20photon%20est%20une%20particule,onde%20associ%C3%A9%20%C3%A0%20la%20particule.

https://www.superprof.fr/ressources/scolaire/physique-chimie/premiere-s/optique/photon.html