Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique et magnétique.

     Le rayonnement électromagnétique a comme vecteur le photon, particule dépourvue de masse. Le photon est le boson associé à la force électromagnétique.

     Le fait qu'une particule soit un boson ou un fermion a d'importantes conséquences sur les propriétés statistiques observables en présence d'un grand nombre de particules : les fermions sont des particules qui obéissent à la statistique de Fermi-Dirac alors que les bosons obéissent à la statistique de Bose-Einstein. Dans le cas des bosons, cette statistique implique une transition de phase à basse température, responsable notamment de la superfluidité de l'hélium ou de la supraconductivité de certains matériaux.

     La statistique de Bose-Einstein a été introduite par Satyendranath Bose en 1920 pour les photons et généralisée aux atomes par Albert Einstein en 1924. Statistiquement, à l'équilibre thermodynamique, le nombre n_i de particules dans l'état d'énergie E_i est :

• g_i est la dégénérescence de l'état d'énergie E_i, à savoir le nombre d'états possédant cette énergie
  
  
• μ est le potentiel chimique
  
  
• k_B est la constante de Boltzmann
  
  
• T est la température.

     En physique classique, le rayonnement électromagnétique est décrit sous la forme d'une onde électromagnétique correspondant à la propagation d'un champ magnétique et d'un champ électrique (l'un étant perpendiculaire à l'autre) en ligne droite à partir d'une source constituée par un mouvement alternatif de charges électriques.

     La lumière désigne un rayonnement électromagnétique visible par l'œil humain et n'est rien d'autre qu'une petite tranche du large spectre électromagnétique. Les ondes radio, les micro-ondes, les rayons X et γ (gamma) sont également des rayonnements électromagnétiques.

     Du fait de la dualité onde-corpuscule, les rayonnements électromagnétiques peuvent se modéliser de deux manières :

• onde électromagnétique : le rayonnement est une variation des champs électrique et magnétique ; l'analyse spectrale permet de décomposer cette onde en ondes monochromatiques de longueurs d'onde λ et fréquences différentes f ;
  
  

• photon : la mécanique quantique associe à une radiation électromagnétique monochromatique un corpuscule de masse nulle nommé photon dont l'énergie est :
  
  

  E = h f
  
  
  

  • où h est la constante de Planck.

  • et f est la fréquence de l'onde.

     L'impulsion p du photon est égale à       p = E / c = h f / c = h / λ.

     L'énergie des photons d'une onde électromagnétique se conserve lors de la traversée de différents milieux transparents (par contre, une certaine proportion de photons peut être absorbée).

     Dans le vide, le rayonnement électromagnétique, et en particulier la lumière, se déplace à la vitesse de 299 792 458 m/s. Cette vitesse, appelée vitesse de la lumière ou célérité est notée c. C'est une des constantes physiques fondamentales.

     Dans un milieu d'indice de réfraction n, la vitesse de l'onde v est liée par la relation suivante :

     La valeur de l'indice de réfraction de l'air est d'environ 1,000 292 6 dans les conditions normales de température et de pression, mais cet indice dépend de la masse volumique de l'air, et sa variation continue entre des couches d'air de température différente. Ceci permet d'expliquer les mirages.

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     La constatation, à la fin du XIX^e siècle, que la vitesse de la lumière dans le vide ne dépend pas du référentiel a conduit à l'élaboration de la théorie de la relativité restreinte.

     Si vous souhaitez aller plus loin, voici un magnifique exposé, en français, présenté par Alain Aspect sur la question de l'intrication quantique.

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