Calculateur de l’effet Compton
Rédigé par Thierno Sadou Diallo, formule vérifiée selon notre méthodologie • Mis à jour le 24/08/2026
Le décalage Compton se calcule avec Δλ = λc × (1 − cos θ), où λc est la longueur d'onde de Compton de l'électron (≈2,4263 pm) et θ l'angle de diffusion. À 90°, le décalage vaut exactement λc ; à 180° (rétrodiffusion), il vaut le double, soit environ 4,853 pm.
Explication
L'effet Compton, découvert par Arthur Compton en 1923, décrit ce qui se produit quand un photon de rayons X ou gamma entre en collision avec un électron : le photon est diffusé dans une nouvelle direction, avec une longueur d'onde plus GRANDE (donc une énergie plus faible) qu'avant la collision — l'énergie perdue par le photon est transférée à l'électron, qui recule. Cette observation a joué un rôle historique majeur en physique : elle a apporté l'une des preuves expérimentales les plus convaincantes que la lumière se comporte bien comme un flux de particules (des photons dotés d'une quantité de mouvement définie), pas seulement comme une onde — une confirmation directe de la dualité onde-particule déjà suggérée par l'effet photoélectrique quelques années plus tôt. Le décalage de longueur d'onde ne dépend que de l'angle de diffusion θ, pas de la longueur d'onde initiale du photon ni de l'énergie de la collision : c'est cette propriété remarquable qui rend la longueur d'onde de Compton (λc), une constante physique combinant la constante de Planck, la masse de l'électron et la vitesse de la lumière, directement mesurable expérimentalement. Le décalage est nul pour un photon non dévié (θ=0°, pas de collision réelle), atteint exactement λc pour une diffusion à angle droit (90°), et culmine à 2×λc pour une rétrodiffusion complète (180°, le photon repart dans la direction opposée) — le décalage maximal physiquement possible pour cette collision.
Exemple : diffusion à 90° d’un rayon X de Compton (1923)
Données d'entrée
Longueur d’onde initiale : 71,1 pm (rayons X Kα du molybdène). Angle de diffusion : 90°.
Calcul
Δλ = 2,4263 × (1 − cos 90°) = 2,4263 × (1 − 0) = 2,4263 pm. λ’ = 71,1 + 2,4263 = 73,5263 pm.
Résultat
Après diffusion à 90°, la longueur d’onde du photon passe de 71,1 pm à environ 73,53 pm — exactement la valeur mesurée par Compton dans son expérience historique de 1923.
Questions fréquentes
Pourquoi le décalage ne dépend-il pas de la longueur d’onde initiale du photon ?
Parce que ce décalage résulte uniquement de la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement lors de la collision avec l'électron, une propriété géométrique et cinématique qui ne dépend que de l'angle sous lequel le photon est dévié. La longueur d'onde initiale détermine en revanche l'importance RELATIVE de ce décalage : pour un rayon X de courte longueur d'onde, un décalage de quelques picomètres représente un changement d'énergie significatif, alors que pour une lumière visible, bien plus longue, le même décalage absolu est presque imperceptible — c'est pourquoi l'effet Compton n'est observable qu'avec des photons de très haute énergie.
Pourquoi cette expérience a-t-elle été si importante historiquement ?
Parce qu'une lumière purement ondulatoire, selon la physique classique, ne pouvait pas expliquer ce décalage de longueur d'onde après diffusion — seule l'hypothèse d'un photon se comportant comme une véritable particule, dotée d'une énergie et d'une quantité de mouvement définies qui se conservent lors d'un choc avec l'électron, permettait de retrouver exactement les valeurs mesurées par Compton. Cette expérience a ainsi consolidé de façon décisive le concept de photon introduit par Einstein pour expliquer l'effet photoélectrique quelques années plus tôt.
La longueur d’onde de Compton a-t-elle une signification physique en elle-même ?
Oui : elle représente approximativement l'échelle de longueur d'onde en dessous de laquelle les effets quantiques relativistes deviennent significatifs pour un électron — c'est aussi, à un facteur numérique près, la longueur d'onde qu'aurait un photon dont l'énergie égale l'énergie de masse au repos de l'électron (mₑc²). Elle apparaît ainsi dans plusieurs contextes de la physique quantique relativiste au-delà du seul effet Compton.