Compton, effet

Compton, effet, diffusion de photons due aux interactions entre rayonnement électromagnétique et matière.

Cet effet porte le nom du physicien américain Arthur Holly Compton, qui l’a découvert en 1923, lors de son étude de la diffusion des rayons X par le graphite. Pour cette découverte et pour l’ensemble de ses travaux, Arthur Compton a obtenu le prix Nobel de physique en 1927.

Dans l’effet Compton, un photon de longueur d’onde λ, issu d’un rayon X ou d’un rayon gamma, entre en collision avec un électron libre de la matière, produisant l’émission d’un électron, dit de recul, et d’un photon de longueur d’onde λ’, supérieure à la longueur d’onde λ. Le photon diffusé se propage alors dans une direction faisant un angle φ avec la direction de propagation du photon initial. La longueur d’onde λ’ étant supérieure à la longueur d’onde λ, l’énergie du photon diffusé est par conséquent inférieure à celle du photon incident.

On peut écrire : λ’ - λ = λ_c (1 - cos φ), où λ_c est égale à la constante de Planck divisée par la masse de l’électron et la vitesse de la lumière. Ce rapport vaut 0,2426 nm.

L’effet Compton, qui ne pouvait être expliqué par la théorie ondulatoire classique du rayonnement électromagnétique, a constitué à l’époque de sa découverte une preuve expérimentale de l’existence des photons. Intuitivement, ce phénomène peut être comparé à la trajectoire d’une boule de billard qui vient frapper une autre boule immobile. Cet effet entraîne donc une diminution d’énergie (augmentation de la longueur d’onde) et un élargissement du rayonnement (traduit par la distribution de l’angle). Il provoque également une agitation anormale des électrons de la matière traversée.

L’effet Compton permet de mesurer l’intensité des rayons gamma, ce qui est d’une grande utilité en physique des particules. En revanche, lors d’une radiographie, l’effet Compton provoque un assombrissement du phototype obtenu, dû à la dégradation des rayons X et à l’émission d’électrons parasites.