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Le figure ci-dessous représente l’émission stimulée de photons d’un atome. Quelle proposition explique en quoi l’émission stimulée est incorrectement représentée ? (A) Les photons se déplacent dans des sens différents. (B) Les photons ont différentes phases. (C) L’émission est indiquée correctement.
Commençons par rappeler brièvement quelques informations sur l’émission stimulée. L’émission stimulée est un processus dans lequel un photon interagit avec un électron excité, provoquant la transition de l’électron vers un état d’énergie inférieure. Lorsque l’électron subit une transition vers le bas, l’énergie doit en être évacuée, et cela en émettant un photon. Pour que cela se produise, le photon d’origine qui interagit avec l’électron excité doit avoir une énergie qui est exactement égale à la différence entre les niveaux d’énergie initial et final de l’électron. Ensuite, après que le photon d’origine a interagi avec l’électron, il continue simplement son chemin.
Il est également important de rappeler que le photon émis est pratiquement identique au photon à l’origine de l’interaction, car il a la même énergie, la même fréquence, la même phase et le même sens que le photon de l’interaction.
Maintenant, on nous a dit que cette figure est censée montrer ce processus. Ainsi, on peut en déduire que cet électron à l’état fondamental était initialement dans un état excité, probablement ce deuxième niveau d’énergie ici. Ensuite, un photon avec la bonne quantité d’énergie est venu et a interagi avec l’électron, déclenchant une émission stimulée. Ainsi, l’électron a émis un photon et est descendu à l’état fondamental.
On voit deux photons sur le schéma, on peut donc en déduire qu’un des photons était le photon à l’origine de l’interaction qui a stimulé l’émission. Ce serait ce photon ici qui est plus éloigné de l’atome que cet autre photon. Ce photon le plus proche de l’atome doit être le photon émis, car il a été émis juste après l’interaction du premier photon avec l’électron. Notons que les deux photons se déplacent dans le même sens. C’est ce que l’on s’attend à voir dans ce scénario, et on peut donc éliminer la proposition (A).
Mais la proposition (B) suggère que les photons ont des phases différentes. Si on regarde de près les deux photons, ils semblent avoir la même fréquence, mais remarquons que le deuxième photon a une forme d’onde inversée, par rapport au premier. C’est subtil, mais on peut voir que ce premier photon a un grand pic pointant vers le haut et deux grands creux vers le bas, mais l’autre photon a deux grands pics et un grand creux. Ainsi, les photons semblent être complètement déphasés l’un par rapport à l’autre, ce qui ne se produit pas lors d’une émission stimulée. Puisqu’on a identifié une erreur sur la figure, la proposition (C) ne peut pas être vraie.
Par conséquent, notre réponse finale est la proposition (B). La figure montre incorrectement une émission stimulée car les photons ont des phases différentes.
