Effet Ramsauer-Townsend
# Effet Ramsauer-Townsend

L’effet Ramsauer-Townsend, aussi appelé effet Ramsauer ou effet Townsend, est un phénomène physique qui provoque la diffusion des électrons de faibles énergies par les atomes d'un gaz noble. Il est nommé en l'honneur de Carl Ramsauer (1879-1955) et John Townsend (1868-1957), qui ont indépendamment étudié les collisions entre les atomes et les électrons de faibles énergies au début des années 1920. Cet effet s'explique à l'aide de la mécanique quantique.

## Définitions

Quand un électron se déplace dans un gaz, il est amené à interagir avec les atomes, ce qui provoque sa diffusion. Les collisions sont qualifiées d'inélastiques si elles provoquent l'excitation ou l'ionisation de l'atome et élastiques si ce n'est pas le cas.

La probabilité de diffusion dans un tel système est fonction du nombre d'électrons diffusés, par unité de courant électronique, par unité de longueur du chemin, par unité de pression à 0 °C, par unité d'angle solide. Le nombre de collisions égale le nombre total d'électrons diffusés (élastiquement ou non) pour tous les angles ; la probabilité de collision est le nombre total de collisions, par unité de courant électronique, par unité de longueur du chemin, par unité de pression à 0 °C.

Puisque les atomes des gaz nobles possèdent une première énergie d'ionisation élevée et que les électrons transportent une énergie cinétique relativement faible, il est très peu probable qu'ils provoquent une ionisation ou une excitation de l'atome ; la probabilité d'une diffusion élastique en direction de tous les angles égale environ la probabilité de collision.

## Description

Si quelqu'un tente de prédire la probabilité de collision à l'aide d'un modèle qui s'appuie sur la mécanique newtonienne, en modélisant les atomes et les électrons comme des boules dures, il établit que la probabilité de collision décroît de façon monotone lorsque l'énergie de l'électron s'accroît. Cependant, Ramsauer et Townsend ont observé que, pour des électrons se déplaçant lentement dans l'argon, le krypton ou le xénon, la probabilité de collision entre les électrons et les atomes gazeux atteint une valeur minimale pour les électrons possédant une certaine énergie cinétique. La différence entre le modèle newtonien et l'expérience est appelé l'« effet Ramsauer-Townsend ».

Jusqu'à l'introduction de la mécanique quantique, aucune explication satisfaisante n'existait. Cet effet s'explique à l'aide des propriétés ondulatoires des électrons. Un modèle relativement simple de la collision qui fait appel à la mécanique quantique ondulatoire prédit de façon satisfaisante la valeur minimale. David Bohm a conçu une théorie qui modélise l'atome comme puits de potentiel carré fini.

Prédire la quantité d'énergie cinétique qui générera la valeur minimale est plutôt difficile puisqu'il faut étudier les particules à l'aide d'un modèle ondulatoire. Ce problème a fait l'objet d'études approfondies, tant expérimentalement que théoriquement, il est donc très bien compris (par exemple, consulter Johnson et Guet 1994).

