L'explication d'Einstein : le photon

En 1905, Einstein propose une idée radicale : la lumière n'arrive pas en flot continu, mais en grains d'énergie, les photons. L'énergie d'un photon ne dépend que de la fréquence :

   E = h·ν        (h = constante de Planck = 6,63 x 10^-34 J·s)

Un électron du métal absorbe un photon, d'un seul coup, et reçoit son énergie hν. Mais pour s'échapper du métal, il doit d'abord payer un « péage » : le travail d'extraction W₀ (l'énergie qui le retient au métal). Le bilan est une simple soustraction :

   E_c,max = h·ν − W₀      (energie cinetique maximale de l'electron ejecte)

Tout s'éclaire. Si hν < W₀, le photon n'a pas assez d'énergie : l'électron ne sort pas, quelle que soit l'intensité. D'où la fréquence seuil :

   ν₀ = W₀ / h        (en dessous : aucune emission)

Augmenter l'intensité, c'est envoyer plus de photons : donc plus d'électrons éjectés, mais chacun reçoit toujours hν — leur énergie ne change pas. Et comme l'absorption d'un photon est un événement unique, l'émission est instantanée.

   photon hν  ->  |--- W₀ (peage) ---|--- E_c,max ---|

Cette explication, confirmée précisément par Millikan, a valu à Einstein le prix Nobel en 1921. Elle scelle une révolution : la lumière est à la fois onde et grain.