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

1. 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°.
2. Activez la lecture du décalage de longueur d’onde.
3. Réglez l’angle de diffusion pour chaque essai (approchant 180°) et enregistrez le décalage de longueur d’onde.

3 · Collecter les données

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

1. Confirmez que θ = 180° donne Δλ = 2h/(m_ec), la valeur maximale possible.
2. 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

1. 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.
2. 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

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