i on irradie un diamant de bonne qualité avec un laser de couleur verte, saviez-vous qu’une partie de la lumière en ressort rouge? Avec du zircon, on percevra plutôt un rayon jaune. Le laser monochromatique n’émet qu’à une seule fréquence n. Aucune lumière rouge ou jaune ne pénètre donc le cristal. Comment se fait-il alors qu’il y ait émission d’un faisceau de lumière d’une autre couleur?

Comme vous le savez, les photons de la lumière verte possèdent une énergie spécifique E=hn. Lorsqu’ils frappent la surface d’un diamant, une très faible fraction de ceux-ci sera absorbée par le cristal pour être réémise avec une énergie différente. (Il ressortira donc une raie verte intense ainsi qu’une raie rouge de faible intensité). Comme la lumière verte est plus énergétique que la lumière rouge, ce changement de couleur est attribuable à une absorption d’énergie de la part du cristal. Cette collision inélastique entre un photon et un réseau cristallin porte le nom d’effet Raman.

Où donc est allée l’énergie perdue par le photon vert? La réponse en langage spécialisé est qu’il y a eu création d’un phonon, c’est-à-dire un quantum d’énergie de vibration entre deux atomes de carbone qui constituent le réseau cristallin du diamant (voir L’Attracteur, l’hiver 2000). Par analogie avec le modèle « masses-ressorts » la fréquence de vibration est déterminée par la force électrostatique qui s’exerce entre les atomes voisins et leur masse :

Puisque la constante de rappel et la masse réduite ont une valeur précise, la fréquence de résonance du cristal est unique. Toute tentative de faire vibrer le cristal à une autre fréquence serait vouée à l’échec, car un amortissement empêcherait les atomes de vibrer librement.