Sir Chandrasekhara Venkata Raman a été le premier à décrire et à expliquer, en 1928, dans la revue Nature, l’observation expérimentale de ce phénomène dans les liquides.
     Mais il faut rappeler que le principe en avait été envisagé théoriquement par le physicien français Léon Brillouin (1922), et par le physicien autrichien Adolf Smekal (1923), et que d’autres équipes de recherche travaillaient sur ce sujet à la même époque, par exemple L. Mandelstam et G. Landsberg en U.R.S.S (dans les solides). ou Jean Cabannes en France.

C. V. Raman and K. S. Krishnan, Nature, 121 (3048), 501, March 31, 1928

      If we assume that the X-ray scattering of the 'unmodified' type observed by Prof. Compton corresponds to the normal or average state of the atoms and molecules, while the 'modified' scattering of altered wave-length corresponds to their fluctuations from that state, it would follow that we should expect also in the case of ordinary light two types of scattering, one determined by the normal optical properties of the atoms or molecules, and another representing the effect of their fluctuations from their normal state. It accordingly becomes necessary to test whether this is actually the case. The experiments we have made have confirmed this anticipation, and shown that in every case in which light is scattered by the molecules in dust-free liquids or gases, the diffuse radiation of the ordinary kind, having the same wave-length as the incident beam, is accompanied by a modified scattered radiation of degraded frequency.
     The new type of light scattering discovered by us naturally requires very powerful illumination for its observation. In our experiments, a beam of sunlight was converged successively by a telescope objective of 18 cm. aperture and 230 cm focal length, and by a second lens was placed the scattering material, which is either a liquid (carefully purified by repeated distillation in vacuo) or its dust-free vapour. To detect the presence of a modified scattered radiation, the method of complementary light-filters was used. A blue-violet filter, when coupled with a yellow-green filter and placed in the incident light, completely extinguished the track of the light through the liquid or vapour. The reappearance of the track when the yellow filter is transferred to a place between it and the observer's eye is proof of the existence of a modified scattered radiation. Spectroscopic confirmation is also available.
     Some sixty different common liquids have been examined in this way, and every one of them showed the effect in greater or less degree. That the effect is a true scattering, and secondly by its polarisation, which is in many cases quire strong and comparable with the polarisation of the ordinary scattering. The investigation is naturally much more difficult in the case of gases and vapours, owing to the excessive feebleness of the effect. Nevertheless, when the vapour is of sufficient density, for example with ether or amylene, the modified scattering is readily demonstrable.

210 Bowbazar Street
Calcutta, India
Feb, 16

Le prix Nobel de Physique

Biographie

      Sir Chandrashekhara Venkata Râman (7 novembre 1888 - 21 novembre 1970) était un physicien indien. Il a découvert et expliqué la diffusion qui porte son nom.

     Né à Tiruchirapalli, au Tamil Nadu, il déménage pendant son enfance à Vishakhapatnam dans l'état de l'Andhra Pradesh. Il obtient ses licences et maîtrises de physique et d'anglais au Presidency College Madras de Chennai. Il rejoint ensuite l'Indian Civil Service, l'administration indienne, sur un poste à Calcutta, aujourd'hui Kolkata).

     Ramân est professeur de physique à l'université de Calcutta quinze années durant. C'est là que ses travaux en optique vont être reconnus. Il remporte ainsi le prix Nobel de physique en 1930 pour son travail sur la dispersion de la lumière et la découverte de l'effet qui porte son nom, comme la spectroscopie Raman, qui utilise cet effet. C'est la première fois qu'un chercheur indien qui a fait complètement ses études en Inde reçoit le prix Nobel. Cette même année, il est lauréat de la médaille Hughes, puis ensuite de la médaille Franklin en 1941.

     En 1934, Ramân devient directeur de l'Indian Institute of Science à Bangalore, puis en 1949, il fonde le Raman Research Institute.

     Il est fait chevalier de la couronne en 1929 et reçoit la Bharat Ratna en 1954.

     Raman était l'oncle de Subrahmanyan Chandrasekhar, également lauréat du Prix Nobel de physique, en 1983

Découverte de l'effet Raman

     En 1915, à 26 ans, Raman est nommé professeur de physique à Calcutta et deviendra directeur du département de physique de l’institut de Bangalore. Il s’intéresse à l’étude expérimentale de l’interaction entre la lumière et la matière.

     La genèse de la découverte de l’effet qui portera son nom est assez longue. En décembre 1921, Raman observe, en compagnie de Seshagiri Rao, que la lumière diffusée par de l’eau est partiellement dépolarisée lorsqu’un filtre violet est interposé sur le faisceau incident de lumière blanche. En 1922, il remarque que la couleur de la lumière diffusée dépend du liquide étudié. K. M. Ramanathan établit, pendant son passage à Calcutta durant l’été 1923, que la dépolarisation est due à l’existence d’une faible fluorescence intrinsèque des liquides, puis au printemps et à l’été 1924, Kariamanickam Srinivasa Krishnan, après avoir étudié 60 liquides différents, comprend que la dépolarisation est associée aux liquides polaires. C’est sans succès que S. Venkateswaran passe l’été de 1925 à essayer d’identifier d’autres propriétés chimiques spécifiques de l’effet et les recherches sont alors provisoirement interrompues.

     À l’automne 1927, Arthur Holly Compton obtient le prix Nobel pour sa découverte de la diffusion inélastique des photons X par la matière.

     Raman se demande alors si tous les effets incompréhensibles qui ont été observés dans son laboratoire ne seraient pas une transposition optique de l’effet Compton. Partant de cette analogie, Raman entreprend en compagnie de Kariamanickam Srinivasa Krishnan un réexamen expérimental complet dont il donne les résultats dans un article fondateur reçu pour publication le 7 mai 1928. En l’espace de quelques mois, la plupart des aspects expérimentaux sont explorés.

     Le premier spectre Raman est observé le 28 février 1928 par Chandrasekara Venkata Raman et ses collaborateurs. L’acte de naissance de cet effet est, lui, daté du 31 mars 1928, sous la forme du compte rendu du discours prononcé par son découvreur lors de l’inauguration de l’association scientifique d’Inde du sud le vendredi 16 mars à Bengalore.

     Ces travaux sont très rapidement reconnus comme de première importance, et ils valent à son auteur le prix Nobel 1930.

     La diffusion inélastique de la lumière par la matière avait été prédite en 1923 par A. Smekal et cet effet a d'abord été appelé l'effet Smekal-Raman chez les germanophiles, et aussi "diffusion combinatoire de la lumière" selon Mandelstam, en URSS. Ce phénomène connu un engouement scientifique important car en 1928, 63 publications parurent sur ce sujet, et 141 en 1929, ce qui contribua à la célébrité de C.V. Raman.

Bibliographie

• C. V. Raman, A New Radiation, Indian Journal of Physics, 2, 387 (1928)

• C. V. Raman et K. S. Krishnan, A New Class of Spectra due to Secondary Radiation. Part I., Indian Journal of Physics, 3, 399 (1928)

• C.V. Raman et K.S. Krishnan, The production of new radiations by light scattering. Part I., Proceeding of the Royal Society of London, AI22, 23-35 (1929)

• C.V. Raman, The molecular scattering of light. Nobel Lectures: Physics, 1922-1941, 267-275 (1930)

L'URSS revendique la paternité de l'effet Raman

Leonid Isaakovich Mandelshtam

     Leonid Isaakovich Mandelshtam (Belarusian: Леанід Ісаакавіч Мандэльштам, Russian: Леонид Исаакович Мандельштам, last name more often spelled as Mandelstam) (May 4 1879 - November 27 1944) was a soviet physicist of Belarusian-Jewish background. Mandelstam was born in Mahilyow, USSR (now Belarus) and died in Moscow, USSR (now Russia).

Scientific achievements

     Mandelstam founded one of the two major schools of theoretical physics in the Soviet Union (another being due to Lev Landau). The main emphasis of his work was broadly considered theory of oscillations, which included optics and quantum mechanics. He was a co-discoverer of inelastic combinatorial scattering of light used now in Raman spectroscopy. This paradigm-altering discovery (together with G. S. Landsberg) had occurred at the Moscow State University just one week earlier than a parallel discovery of the same phenomena by C. V. Raman and K. S. Krishnan.
     In Russian literature it is called "combinatorial scattering of light" (from combination of frequencies of photons and molecular vibrations) but in English it is named after Raman. Mandelstam was mentor in science and life to Igor Y. Tamm, one of the Nobel Prize Laureates in Physics.

Discovery of the combinatorial scattering of light

     In 1918, Mandelstam theoretically predicted the fine structure splitting in Rayleigh scattering due to light scattering on thermal acoustic waves. Beginning from 1926, L.I. Mandelstam and G.S. Landsberg initiated experimental studies on vibrational scattering of light in crystals at the Moscow State University. As a result of this research, Landsberg and Mandelstam discovered the effect of the combinatorial scattering of light on 21 February 1928.
     They presented this fundamental discovery for the first time at a colloquium on 27 April 1928. They published brief reports about this discovery (experimental results with theoretical explanation) in Russian and in German and then published a comprehensive paper in Zeitschrift fur Physik.

     In the same year of 1928, two Indian scientists C.V. Raman and K.S. Krishnan were looking for "Compton component" of scattered light in liquids and vapors. They found the same combinatorial scattering of light. Raman stated that "The line spectrum of the new radiation was first seen on 28 February 1928". Thus, combinatorial scattering of light was discovered by Mandelstam and Landsberg a week earlier than by Raman and Krishnan. However, the phenomenon became known as Raman effect.

Et les français...

     A cette époque, bon nombre de physiciens français sont spécialisés en l'optique et certains étudient la diffusion de la lumière en milieux gazeux. Citons Alfred Kastler, Pierre Daure, Jean Cabannes et Yves Rocard. En 1928, ces 3 derniers physiciens découvrent l'effet Cabannes - Daure mais passe à côté de l'effet Raman.

     Auguste Rousset (27/10/1905 - 11/10/1997), jeune doctorant, travaillant sur la variation de la polarisation en fonction de la longueur d'onde de la lumière diffusée, obtient des composantes "parasites" qu'il ne sait pas interprêter et dont il ne comprendra la portée qu'après son retour du service militaire lorsque Raman aura publié ses résultats.

Yves Rocard (1903 – 1992) Normalien, physicien

Ses premières années de recherche sur la diffusion de la lumière par les fluides.

     Il entre à l'École normale supérieure (ENS) en 1922 et est reçu au concours d'agrégation de sciences physiques en 1925. Boursier d'études à la faculté des sciences de l'université de Paris, il obtient en 1927 le docteur ès sciences mathématiques (L'hydrodynamique et la théorie cinétique des gaz), puis, en 1928, le doctorat ès sciences physiques (Théorie moléculaire de la diffusion de la lumière par les fluides, thèse préparée au laboratoire d'enseignement de la physique dirigé par Charles Fabry). Il est alors chargé du cours de la Fondation Peccot au Collège de France puis nommé maître de recherches en 1932. Il devient maître de conférences de physique à la faculté des sciences de Clermont-Ferrand en 1939 puis le 1er octobre 1939 maître de conférences de mécanique expérimentale des fluides (puis de physique) à la faculté des sciences de Paris.

     Grande indépendance d’esprit, le poussant par exemple à choisir seul son sujet de recherches pour son doctorat es sciences physiques : la diffusion de la lumière dans les liquides. C'est un physicien mécanicien classique, peu ou pas du tout préparé à la mécanique quantique comme nombre de ses collègues
     A 25 ans, il avait prévu l’effet Raman. « Si j’avais été plus malin, mieux formé en physique, davantage soucieux d’expérimentation, j’aurai pu découvrir l’effet Raman » écrira-t-il plus tard.

     Après la guerre, son rôle deviendra décisif pour la recherche française et il privilégiera l'instrumentation et l'expérimentation.