phénomène

recul

L'impulsion vers l'arrière communiquée à un atome lorsqu'il émet un photon, qui peut perturber son état quantique.
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Description

Le recul est l'impulsion vers l'arrière communiquée à un objet lorsqu'il émet une particule, comme un photon. En physique atomique, lorsqu'un atome émet un photon, il subit une petite poussée dans la direction opposée, analogue au recul d'un fusil lorsqu'on tire. Cet effet est généralement négligeable pour les atomes lourds, mais pour les atomes légers ou dans des expériences quantiques de précision, il peut perturber de manière significative le mouvement et l'état quantique de l'atome.

Histoire

Le concept de recul dans l'émission atomique a été compris au début du XXe siècle avec le développement de la théorie quantique, en particulier après les expériences de diffusion des rayons X d'Arthur Compton en 1923, qui ont démontré que les photons portent une impulsion.

Comment ça marche

Le processus obéit à la conservation de l'impulsion : avant l'émission, l'atome est au repos (ou se déplace avec une certaine impulsion) ; après avoir émis un photon d'impulsion p, l'atome doit reculer avec une impulsion -p pour que l'impulsion totale reste constante. La vitesse de recul est donnée par v = hν/(mc), où h est la constante de Planck, ν la fréquence du photon, m la masse de l'atome et c la vitesse de la lumière. Dans le refroidissement laser, ce recul est exploité pour ralentir les atomes, mais dans d'autres expériences, comme la spectroscopie de haute précision, il peut provoquer des décalages Doppler indésirables qu'il faut compenser.

En pratique

Le recul est au cœur du refroidissement et du piégeage laser des atomes, utilisé dans les horloges atomiques et le calcul quantique, et il est également pris en compte dans la conception des détecteurs d'ondes gravitationnelles, où le recul des photons sur les miroirs peut créer du bruit.

Anecdote

Lors du recul d'un atome unique émettant un photon, la vitesse de l'atome ne change que de quelques millimètres par seconde, mais cette minuscule poussée suffit à refroidir les atomes à des températures de l'ordre du microkelvin dans les expériences de refroidissement laser.

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