Emport\u00e9 par la suite par le maelstr\u00f6m des contraintes de la vie d\u2019enseignant-chercheur, entra\u00een\u00e9 par l\u2019injonction bien connue du \u00ab\u00a0publish or perish\u00a0\u00bb, je n\u2019ai plus eu le temps d\u2019y r\u00e9fl\u00e9chir, d\u2019autant plus que les flux de photons sortant des lasers que j\u2019utilisais, se comportaient sans ambigu\u00eft\u00e9 comme une onde et pouvaient \u00eatre d\u00e9crits en tant que telle, sans grande difficult\u00e9 conceptuelle.\u00a0<\/p>\n\n\n\n
Un d\u00e9but de r\u00e9flexion initi\u00e9e au d\u00e9but d\u2019un \u00e9m\u00e9ritat de deux ans, trop rapidement ponctu\u00e9 par une succession de voyages et de randonn\u00e9es, puis ralentie par un confinement impos\u00e9 par une crise sanitaire, m\u2019am\u00e8ne au constat personnel, que\u00a0:<\/p>\n\n\n\n
- \n
- le photon, tel qu\u2019il est d\u00e9crit le plus souvent et tel que je l\u2019imaginais \u00e0 partir des descriptions en g\u00e9n\u00e9ral utilis\u00e9es, n\u2019existe pas.\u00a0\u00a0De plus le terme d\u2019onde qu\u2019on utilise couramment pour dire ce qu\u2019est la lumi\u00e8re, ne me para\u00eet pas appropri\u00e9 non plus. On peut dire en effet que la lumi\u00e8re est une onde comme on peut dire que le son est une onde, les deux \u00e9tant tr\u00e8s diff\u00e9rents. Mais qu\u2019est-ce que la lumi\u00e8re, et \u00e0 quoi correspond l\u2019entit\u00e9 appel\u00e9e \u00ab\u00a0photon\u00a0\u00bb\u00a0?<\/mark><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
Pour r\u00e9pondre \u00e0 la question, si on n’a pas pass\u00e9 plusieurs d\u00e9cennies \u00e0 enseigner la photonique \u00e0 des \u00e9l\u00e8ves ing\u00e9nieurs, on commence par regarder l’article \u00ab\u00a0photon<\/a>\u00a0\u00bb de l’encyclop\u00e9die en ligne wikipedia, et si on assez de temps on peut lire quelques ouvrages comme par exemple l’ouvrage de r\u00e9f\u00e9rence sur la m\u00e9canique quantique de C. Cohen-Tannoudji, B. Diu et FL Lalo\u00eb<\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Histoire de la lumi\u00e8re et du photon<\/h5>\n\n\n\n
L\u2019essentiel est dit dans l\u2019article [Photon<\/a>] de wikipedia ; ce qui n\u2019emp\u00eache de prolonger le plaisir par la lecture d\u2019ouvrages comme :
– Histoire de la lumi\u00e8re<\/a> de Bernard Maitte
– Trait\u00e9 de la lumi\u00e8re<\/a> de L. Zuppiroli, M-N Bussac et C. Grimm.
R\u00e9sumons en quelques lignes les r\u00e9flexions sur la lumi\u00e8re<\/strong>, cette chose \u00e9vidente pour tous sauf pour les Physiciens.<\/p>\n\n\n\nOn trouve quelques \u00e9lucubrations dans l\u2019antiquit\u00e9, puis pas grand chose jusqu\u2019 \u00e0 Alhazen (965-1040).
Les choses s\u00e9rieuses commencent au 17\u00e9me si\u00e8cle avec Newton, la lumi\u00e8re est un flux de particules. Cette id\u00e9e est contest\u00e9e plus tard par plusieurs physiciens ( Huyghens, Fresnel …) pour lesquels il s\u2019agit d\u2019une onde.<\/p>\n\n\n\nLa bataille onde\/corpuscule n\u2019a pas cess\u00e9 depuis. On pensait la question r\u00e9gl\u00e9e jusqu\u2019\u00e0 ce que Planck a sa g\u00e9niale intuition en proposant en 1901 une constante en faisant l\u2019hypoth\u00e8se que l’\u00e9nergie rayonnante \u00e9mise ou absorb\u00e9e par la mati\u00e8re ne se fait que par paquets d\u2019une quantit\u00e9 discr\u00e8te en relation avec la fr\u00e9quence du rayonnement<\/p>\n\n\n\n
Einstein utilise l\u2019id\u00e9e et donne une explication de l\u2019effet photo\u00e9lectrique sur la base sur cette hypoth\u00e8se (ce qui lui valut son unique prix Nobel)<\/p>\n\n\n\n
Lewis G. Newton donne en 1926 le nom de photon<\/strong> au quantum de lumi\u00e8re identifi\u00e9 par Einstein.<\/p>\n\n\n\n
La bataille Ondes\/Corpuscules continue jusqu\u2019\u00e0 ce qu\u2019on d\u00e9cide enfin de ne pas choisir : la lumi\u00e8re est onde et<\/strong> particule, elle a une double nature et il faut vivre avec cette apparente contradiction.<\/p>\n\n\n\n
Nature de la lumi\u00e8re et du photon<\/h5>\n\n\n\n
La lumi\u00e8re est l\u2019une des nombreuses formes que prend l\u2019\u00c9NERGIE ; c\u2019est l\u2019\u00e9nergie port\u00e9e par des oscillations de champs \u00e9lectrique et magn\u00e9tique, qu\u2019on peut consid\u00e9rer comme une entit\u00e9 unique, le CHAMP \u00c9LECTRO-MAGN\u00c9TIQUE<\/strong>. Ces oscillations se transmettent de part en part sous forme d\u2019ondes.<\/p>\n\n\n\n
Les oscillations du champ sont produites par des oscillations de particules mati\u00e8re ayant une CHARGE <\/strong>\u00c9LECTRIQUE \u00e9lectron ou proton. Dans la majorit\u00e9 des ph\u00e9nom\u00e8nes observ\u00e9s dans notre environnement, ce sont les oscillations \u00e9lectroniques qui sont \u00e0 la source des ph\u00e9nom\u00e8nes lumineux. L\u2019orientation de la direction<\/strong> de variation du champ d\u00e9termine la direction de propagation de l\u2019\u00e9nergie de la perturbation produite. La direction suivant laquelle se produit les variations de champ \u00e9lectrique, constitue la polarisation<\/strong> de l\u2019onde.<\/p>\n\n\n\n
La lumi\u00e8re qui nous est famili\u00e8re est celle qui est visible, mais cette lumi\u00e8re l\u00e0 est une toute petite partie de la grande famille des ondes \u00e9lectro-magn\u00e9tiques qui nous sont pour la plupart invisibles et que nous avons mis en \u00e9vidence que dans un pass\u00e9 r\u00e9cent. Qu\u2019est-ce donc en r\u00e9alit\u00e9 que ce photon ? On peut dire que c\u2019est une boule d\u2019\u00e9nergie en mouvement ondulatoire<\/strong>. Ce qui oscille c\u2019est une combinaison de champ \u00e9lectrique et de champ magn\u00e9tique. Cette boule d\u2019\u00e9nergie se d\u00e9place \u00e0 une vitesse d\u00e9finie par les propri\u00e9t\u00e9s \u00e9lectriques et magn\u00e9tiques du milieu. Si le milieu est vide de mati\u00e8re cette vitesse est \u00e9gale \u00e0 300 000 km\/s. Dans les situations o\u00f9 la repr\u00e9sentation corpusculaire convient, on fait abstraction d\u2019une \u00e9tendue spatiale, on pense \u00e0 un \u00ab petit grain \u00bb aux dimensions n\u00e9gligeables, et donc on d\u00e9crit la trajectoire suivie par la particule.<\/p>\n\n\n\n
Propri\u00e9t\u00e9s du photon<\/h5>\n\n\n\n
Le photon est le quantum \u00e9l\u00e9mentaire de rayonnement. Les ouvrages d\u2019optique nous disent que le photon se caract\u00e9rise par un ensemble de propri\u00e9t\u00e9s. Certaines peuvent \u00eatre associ\u00e9es \u00e0 son caract\u00e8re corpusculaire. Ce sont :
– l\u2019\u00e9nergie,
– la vitesse de d\u00e9placement, 299 792 458 m\/s
– la quantit\u00e9 de mouvement
– la trajectoire.<\/p>\n\n\n\nD\u2019autres sont associ\u00e9es \u00e0 son caract\u00e8re ondulatoire :
– la fr\u00e9quence et la longueur d\u2019onde.<\/p>\n\n\n\nUne autre proprit\u00e9 appara\u00eet dans les interactions, c\u2019est le spin<\/strong>, qui se manifeste dans les interactions \u00e9l\u00e9mentaires avec la mati\u00e8re mais plus difficile \u00e0 se repr\u00e9senter \u00e0 l\u2019\u00e9chelle macroscopique.\u00a0<\/p>\n\n\n\n
Repr\u00e9sentation du photon<\/h5>\n\n\n\n
Comment se repr\u00e9senter cette petite boule d\u2019\u00e9nergie<\/strong> qui prend des allures d\u2019onde. La repr\u00e9sentation que j\u2019avais tendance \u00e0 donner, lors des rares occasions o\u00f9 j\u2019en avais besoin est celle d\u2019un paquet d\u2019onde, donc tr\u00e9s limit\u00e9 dans l\u2019espace, telle que vu ci-apr\u00e8s<\/p>\n\n\n\n
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