Diffusion Compton : décalage maximal à la rétrodiffusion
1 · Prédire
Un photon qui se diffuse vers l'arrière (180°) transfère le plus d'impulsion possible à l'électron qu'il frappe. Ce cas de rétrodiffusion donne-t-il le plus grand décalage de longueur d'onde Compton possible ?
- Le décalage maximum se produit sous un autre angle.
- Le décalage est le même sous tous les angles, y compris 180°.
- Oui — La rétrodiffusion 180° maximise (1 − cos θ), donnant le plus grand décalage de longueur d'onde possible pour n'importe quel angle.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage compton-180 et appuyez sur Réinitialiser. La longueur d'onde des rayons X incidents est 0.05 nm ; l'angle de diffusion est fixé à 180°.
- Activez la lecture du décalage de longueur d’onde.
- Réglez l’angle de diffusion pour chaque essai (approchant 180°) et enregistrez le décalage de longueur d’onde.
3 · Collecter les Données
| Angle de diffusion θ (°) | Décalage de longueur d'onde Δλ (pm) |
|---|---|
| 90.00 | |
| 135.00 | |
| 180.00 |
Tracez Δλ (axe y) par rapport à l'angle de diffusion θ (axe x) pour vos trois essais. Est-ce qu'il semble qu'il se stabilise près de 180° ?
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez Δλ = (h/(m_ec))(1 − cos θ). Comparez avec le tableau. Confirmer θ = 180° donne Δλ = 2h/(m_ec), la valeur maximale possible.
- Expliquez, en utilisant (1 − cos θ), pourquoi 180° donne le décalage maximum : cos(180°) = −1, donc (1 − cos θ) atteint sa plus grande valeur possible de 2 à cet angle.
5 · Approfondir
- À 180°, le photon inverse complètement sa direction, transférant l'impulsion maximale possible à l'électron (conservation de l'impulsion). Expliquez pourquoi le transfert d'impulsion maximal correspond à une perte d'énergie maximale (et donc à une augmentation maximale de la longueur d'onde) pour le photon.
- À θ = 0° (aucune diffusion du tout), à quoi serait égal Δλ ? Cela a-t-il un sens physique pour un photon qui n'interagit pas ?
La physique derrière cette expérience
Compton Shift à la rétrodiffusion
La formule de Compton Δλ = (h/m_ec)(1 − cos θ) est maximisée à θ = 180°, où (1 − cos θ) = 2, donnant le plus grand décalage de longueur d'onde possible : Δλ_max = 2h/(m_ec) ≈ 4.85 pm.