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Simultanéité de l’absorption du quantum primaire et de
l’émission des rayons secondaires dans l’effet compton et
dans l’effet photoélectrique
A. Piccard, E. Stahel
To cite this version:
SIMULTANÉITÉ
DE L’ABSORPTION DUQUANTUM
PRIMAIRE ET DEL’ÉMISSION
DES RAYONS SECONDAIRES DANS L’EFFET COMPTONET DANS L’EFFET
PHOTOÉLECTRIQUE
Par A. PICCARD et E. STAHEL. Université de Bruxelles.
Sommaire. 2014 Par la méthode du disque tournant on montre que lors de l’absorption d’un rayon gamma par effet Compton l’électron de recul et le quantum diffusé sont émis simultanément au moins à
10-7 seconde près. Pour l’effet photoélectrique il n’y a pas non plus de retard dans l’émission du photo-électron.
Ce travail a été
entrepris
à la suite d’unepublication
de Fhankland(1)
qui
mettait en doute lesconceptions
classiques
concernant le mécanisme de 1-’effetCompton.
D’après
lesexpériences
de cetauteur,
en effet, iln’y
aurait pas émission simultanée de l’éleclron de recul et du
quantum
dégradé
dans les direclionsprévues
par la théorie. Nous nous étionsproposé
de vérifierexpé-rirnentalement si ce manque de coïncidences était dû
à un retard dans l’émission des
particules secondaires,
ou s’il
s’agissait
d’une anomalie de leurrépartition
angulaire.
Notre travail était terminélorsque
Bothe etMaier-Leibniz
(-)
ontpublié
une série de mesuresdéitiontrant l’inexactitude des conclusions de
Shan-Idand :
ces auteursprouvent
en effet que lescoïnci-dences
prévues
par la lhéorie s’observentexpérimeu-talement. Bien que
l’objet
initial de notre travail ait t ainsiperdu
sa raisond’être,
il nous semble néanmoinsintéressant de
rapporter
brièvement nosrésultats;
lemécanisme de l’effet
Compton
est de nouveau à l’or ùredu
jour
et nosexpériences
portent
sur unequestion
particulière
qui
n’a
pas encore étéétudiée.
Si l’électron et le
quantum
sont émis avec undéca,.
)age
detemps
l’un
parrapport
àl’autre,
il
nepeuvent
pas coïncider tous les deux avec le
phénomène primaire,
c’est-à
dire avecl’absorption
duquantum
incidents.
En d’autrestermes,
un corps irradié parrayons
gani»iacontinuera à rayonner par
effet Compton,
même si lasource est enlevée. La méthode du
disque
tournantpermet
de contrôlerpareille hypothèse
avec unegrande
précision.
Notre
dispositif
de mesure estreprésenté
schémati-quement
dans lafigure
1.Ci
etÇa
sont deuxpetites
chambres d’ionisationchargées respectivement
à+
500 et -~UO V.L’électromètre,
relié aux électrodescen-trales,
mesure parconséquent
ladifférence
descou-rants d ionisation. A
quelques
millimètres des chambres (1) R S. SHANKLAND. Phys. /?~., 1936, 49, 8.12) iV BOTHE et H. ~’1AIER-LEIBNI’fZ. Nachr. d. Ges. d. ll’iss.,
Gottingen, 1936, 2, 128.
se trouve un
disque D,
de 35 cm dediamètre, qui
peut
tourner dans les deux sens à environ 30tours/sec.
Unequantité
de 600 mg de radium estplacée
soit entre les chambre etledisque (position B),
soit derrière ledisque
(position
A).
Fig. 1.
- Schéma dumontage.
Une
partie
de l’ionisation mesurée est due aux élec-trons et auxphotons
qui
sontproduits
dans ledisque
par effetCompton.
Si leur émission se fait avec uncertain
retard,
le courant d’ionisation dans la chambreC2
augmentera
si l’on fait tourner ledisque
dans le sensindiqué
dans lafigure
1. Une inversion du sens dela
rotation du
disque
donnerait un effetinverse.
Tout sepasserait
donc comme si le radium étaitlégèrement
entraîné par la rotation.Pour étalonner
l’installation,
onpeut
déplacer
le327 radium latéralement au moyen d’une vis
micrométrique.
La vitesse du fil de l’électrométre
(qui
mesure ladiffé-rence du courant cl’ionisation dans les deux
chambres)
est fonction de laposition
clu radium :chaque
varia-tion de vitesse tlu filcorrespond
à un certaindéplace-ment du radium.
Résultats.
1. Etude de l’émission des électrons de recul.
- Pour cette étudie nous avons utilisé des
disques
eualuminium,
en fer et en fer recouvert deplomb.
Le radium estplacé
derrière ledisque
en A. Afin deper-mettre aux électrons de
pénétrer
dans les chambresd’ionisation,
les fenêtres d’entrée sont eonstitiiéts piar de minces feuilles d’aluminium(0,008
mm).
Environ 30 pour 100 de l’ionisation sont dus aux électrons de reculprovenant
dudisque.
Fig.
2. -Etalonnage ~ Vitesse du fil de l’électromètre
(3U fonction de la position du Radium.
En
déplaçant
latéralement
leradium,
on constate(fig. 2) qu’un
déplacement
de(),0~.
mm fait varier latvitesse du
fil
de l’électromètre
de
0,96
div’sec,
TABLEAU
I,
Pour la mesure
proprement,
dite,
ons’arrange
(lefaçon
à obtenir un courant d’ionisation facilement mesurable(1
à 2div/sec).
On détermine celle vilesse pour 1>s deux sens de rotation dupuisque: quelques
mesures ont
également
été faites avec ledisque
arrêté. Le tableau 1 donne 1 s résultats d’une série de mesuresfaîtes
d’après
cette méthodeLe
signe
+
indique qu’il
s’agit
d’une variationcor-respondant
à un entraînement du radium dans le sensde la rotation du
disque
donc un effetpositif
(*).
L’éla-lonnage
ayant
montré(fig
2) qu’un
déplacement
du radiumégal
à0,(11
mmproduit
unchangement
de vitesse de0,9C) div/sec,
la variation observéecorres-pond
donc à undéplacementvirtuelégal
à (0,065/96)
mm ~0 00068 mm.La vitesse moyenne des
parties
dudisque qui
setrouvent devant la chambre d’ionisation est environ ~ 800
cm/sec.
Undéplacement
virtuel de0,0’’068
mmcorrespondrait
donc à un retard de0,000068
cm./~.800
cm.sec-1 =+ 2
~. iU--g sec.si toute l’ionisation était due aux électrons de
recul,
et à+ 7 . ’0-8
sec si l’on tientcompte
du fait que 30 pour 100 seulement de l’ionisation estproduite
pur les électrons de recul dudisque.
L’ensemble des résultats obtenus est résumé dans le tableau I(.
TABLEAU II.
Ce
tableau monturequ’aucun
retardsystématique
ne s’ost
manifeste. On
peut
affirmer
que les électrons de recul sont émis avec un retardqui
estcertainement
inférieur
à 1~,-1 sec.~. Etude des rayons gamma diffusés. -- Des mesures similaires ont été effectuées pour les rayons
gamma diffusés. Le
disque
était en fer(~mm);
le radium étaitplacé
entre ledisque
et les chambres d’io-nisation(position B),
cequi
permettait
d’étudier les rayons gamma diffusés sous degrands angles.
Dans cesconditions,
nous avons constaté que cerayonnement
gamma diffusé donne 4 pour 100 de l’ionisation. Il faut en outre tenir
compte
du fait que par suite del’éloignement
plus
grand
dudisque,
undéplacement
(*) Remarquons qu’une telle variation correspond à moins de
328
virtuel à l’endroit du
disque
sera moins efficacequ’un
déplacement
réel du radium :quelques
mesures faites à cesujet
ont montré que le coefficient estd’envi-ron
1/~.
Endéfinitive,
un certain « entraînement » des rayons gamma diffusés serai t environ 25 X 4 = 100 fois moins efficaceque le
mêmedéplacement réel
du radium. Orl’expérience
a montréqu’en changeant
le sens de larotation du
disque,
la variation du courant d’ionisation observé estégale
à celleprovoquée
par undéplacement
du radium
de + 0,000
t mm ;
dans u ne autre série deme-sures,
l’équivalence
observéeest égale à
- 0,00007
mm.En moyenne les variations sont donc inférieures à
0,0001
mm. En tenantcompte
du facteur 100 introduitci-dessus,
pareil déplacement
correspond
à un retard inférieur à 2.10~ sec.En résumé nous pouvons donc affirmer que, durcs la limite de
pi-écision
de 9 0-7seconde,
il y a si»1tlltaitéitéde
l’absorptio7z
duquantuni priniaire
et de l’émissiondes rayons secondaires. Cette conclusion
correspond
bien aux idées actuelles sur le mécanisme de l’effetCompton;
elle estégalement
d’accord avec les résultatsrécents de Bothe
(1.
c.).
3. Etude de l’effet
photoélectrique. -
Le mêmedispositif
de mesurepermettait
également
de contrôler l’émission desphotoélectrons.
En utilisant undisque
enfer,
dontla surface diffusante est recouverte deplomb,
on a pu montrer
qu’un
retard éventuel dans l’émissiondes électrons
