1. Introduction
19
C
A
+
ω
W/|q e |
−
|V 0 |
(a)
(b)
Fig. 1.6 – L’expérience de Millikan. (a) Schéma de l’expérience. (b) |V0| en fonction
de ω.
précisément n photons (ou particules de lumière) d’énergie ω. C’est cette
interprétation qui a conduit Einstein à introduire le concept de photon pour
expliquer l’effet photoélectrique. Lorsqu’un métal est illuminé par un rayonnement électromagnétique, des électrons sont arrachés au métal, avec un effet
de seuil qui dépend de la fréquence, et non de l’intensité. L’expérience de
Millikan (figure 1.6) confirme l’interpétation d’Einstein : les électrons sont
arrachés au métal avec une énergie cinétique E c
E c = ω − W
(1.23)
où W est le potentiel d’extraction. Aucun électron de charge q e n’atteint la
cathode si |q e V | >E c .S iV 0 est le potentiel pour lequel le courant s’annule
|V 0 | =
|q e |
ω −
W
|q e |
(1.24)
Porter |V 0 | en fonction de ω donne une droite de pente /|q e |,etlav aleurde
coïncide avec celle du rayonnement du corps noir, ce qui confirme l’hypothèse
d’Einstein
26 : le rayonnement électromagnétique est composé de photons
27 .
26. Encore une récriture de l’histoire ! Certains résultats qualitatifs sur l’effet photoélectrique avaient été obtenus par Lenard au début des années 1900, mais les mesures précises
de Millikan sont postérieures de 10 ans à l’hypothèse d’Einstein, qui semble avoir été motivé non par l’effet photoélectrique, mais par des arguments thermodynamiques : voir par
exemple Darrigol [2005].
27. Toutefois l’argument n’est pas entièrement convaincant, car l’effet photoélectrique
peut s’expliquer dans le cadre d’une théorie semi-classique, où le champ électromagnétique
n’est pas quantifié et où le concept de photon n’existe pas : cf. § 15.3.3. En revanche, on ne
peut pas expliquer l’effet photoélectrique sans introduire . Le fait qu’un photomultiplicateur, dont le fonctionnement repose sur l’effet photoélectrique, enregistre des coups isolés
peut être attribué au caractère quantique du détecteur et non à l’arrivée de photons isolés,
voir le § 17.3.3.
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C
A
+
ω
W/|q e |
−
|V 0 |
(a)
(b)
Fig. 1.6 – L’expérience de Millikan. (a) Schéma de l’expérience. (b) |V0| en fonction
de ω.
précisément n photons (ou particules de lumière) d’énergie ω. C’est cette
interprétation qui a conduit Einstein à introduire le concept de photon pour
expliquer l’effet photoélectrique. Lorsqu’un métal est illuminé par un rayonnement électromagnétique, des électrons sont arrachés au métal, avec un effet
de seuil qui dépend de la fréquence, et non de l’intensité. L’expérience de
Millikan (figure 1.6) confirme l’interpétation d’Einstein : les électrons sont
arrachés au métal avec une énergie cinétique E c
E c = ω − W
(1.23)
où W est le potentiel d’extraction. Aucun électron de charge q e n’atteint la
cathode si |q e V | >E c .S iV 0 est le potentiel pour lequel le courant s’annule
|V 0 | =
|q e |
ω −
W
|q e |
(1.24)
Porter |V 0 | en fonction de ω donne une droite de pente /|q e |,etlav aleurde
coïncide avec celle du rayonnement du corps noir, ce qui confirme l’hypothèse
d’Einstein
26 : le rayonnement électromagnétique est composé de photons
27 .
26. Encore une récriture de l’histoire ! Certains résultats qualitatifs sur l’effet photoélectrique avaient été obtenus par Lenard au début des années 1900, mais les mesures précises
de Millikan sont postérieures de 10 ans à l’hypothèse d’Einstein, qui semble avoir été motivé non par l’effet photoélectrique, mais par des arguments thermodynamiques : voir par
exemple Darrigol [2005].
27. Toutefois l’argument n’est pas entièrement convaincant, car l’effet photoélectrique
peut s’expliquer dans le cadre d’une théorie semi-classique, où le champ électromagnétique
n’est pas quantifié et où le concept de photon n’existe pas : cf. § 15.3.3. En revanche, on ne
peut pas expliquer l’effet photoélectrique sans introduire . Le fait qu’un photomultiplicateur, dont le fonctionnement repose sur l’effet photoélectrique, enregistre des coups isolés
peut être attribué au caractère quantique du détecteur et non à l’arrivée de photons isolés,
voir le § 17.3.3.