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La contribution d’Albert Einstein

En 1905, Albert Einstein applique la théorie des quanta de Max Planck aux résultats obtenus par Philipp von Lenard, et propose une explication de l’effet photoélectrique (phénomène observé expérimentalement et au cours duquel des électrons sont émis des surfaces métalliques lorsque celles-ci sont éclairées par un rayonnement de fréquence suffisamment élevée).

Il s’agit de l’hypothèse photonique. Albert Einstein écrit, dans son article Sur un point de vue heuristique concernant la production et la transformation de la lumière (1905) : « En partant de l’hypothèse que la lumière incidente est constituée de photons d’énergie hu, on parvient à expliquer l’émission des électrons consécutivement à l’irradiation lumineuse de la manière suivante : les photons pénètrent dans la couche superficielle du corps et leur énergie se transforme, en partie du moins, en énergie cinétique des électrons. Le cas le plus simple est celui dans lequel un photon cède toute son énergie à un seul électron. En outre, pour quitter le corps, chaque électron doit accomplir un certain travail W, caractéristique du corps. Il s’ensuit que l’énergie cinétique des électrons sortants vaut :

L’énergie cinétique des électrons (mv²/2) est donc indépendante de l’intensité, mais pas de la fréquence (u) du rayonnement incident ; la constante de Planck (h) a toujours la même valeur quel que soit le matériau, et est donc considérée comme une constante universelle. En revanche, l’énergie de liaison électron-métal (W) prend différentes valeurs suivant les matériaux, et si sa valeur est supérieure à hu, la fréquence de la lumière incidente est insuffisante pour libérer les électrons du métal.

À l’époque, cette hypothèse rencontre de vives oppositions, même de la part de Max Planck, et ce n’est qu’en 1921 qu’Albert Einstein reçoit le prix Nobel pour sa théorie sur l’existence des photons, après plusieurs confirmations expérimentales.