Question sur le boson de Higgs et les trous noirs

[gros_malin]

Bonjour,

Lorsque la matière arrive dans un trou noir, je suppose qu'elle se fait désintégrer en particules élémentaires sans masse (pour pouvoir "s'évaporer" par la suite (ou pas ce n'est pas la question))

Du coup je me pose la question suivante: le boson de Higgs vient (d'un autre espace temps) "donner" de la masse aux particules (et repart dans un autre espace temps), est-ce que c'est également le boson de Higgs qui vient "enlever" la masse aux particules lors du processus inverse?

D'ailleurs dans l'expérience du CERN pour détecter le boson, ils l'ont observé lors de la désintégration des particules lorsqu'elles perdent leur masse ou lorsqu'elles se créent ?

Je sens bien que je n'ai pas le niveau et que je vais me faire ramasser.

Bravo à Futurascience excellent site internet, j'en ai essayé d'autres tous plus mal foutus les uns que les autres, NASA etc.
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[Gilgamesh]

Lorsque la matière arrive dans un trou noir, je suppose qu'elle se fait désintégrer en particules élémentaires sans masse (pour pouvoir "s'évaporer" par la suite (ou pas ce n'est pas la question))

On ne peut pas vraiment donner de scénarios, mais en tout cas ça ne se réfléchie pas ainsi. Le rayonnement de Hawking ne saurait prendre naissance que de l'horizon, pas du centre du trou noir, car avec ou sans masse, le parcours du centre vers l'horizon (dans ce sens) est impossible.

Du coup je me pose la question suivante: le boson de Higgs vient (d'un autre espace temps) "donner" de la masse aux particules (et repart dans un autre espace temps), est-ce que c'est également le boson de Higgs qui vient "enlever" la masse aux particules lors du processus inverse?

Les particules élémentaires acquièrent leur masse par interaction avec le champ de Higgs, pas avec la particule elle même. Ce champ est définit en chaque point de l'espace, y compris dans un trou noir. Les particules ne cessent donc pas d'avoir de masse en passant sous l'horizon. La physique ne change pas.

D'ailleurs dans l'expérience du CERN pour détecter le boson, ils l'ont observé lors de la désintégration des particules lorsqu'elles perdent leur masse ou lorsqu'elles se créent ?

Dans le LHC, ce qui est fait c'est de créer un flux de particules (particulièrement des quarks top et des bosons Z neutres) dont on a calculé par avance qu'une des voies d’interaction peut donner un boson de Higgs H (voir les différent diagrammes ci dessous). Quand un boson est produit, il va se désintégrer rapidement, en une durée qui dépend de sa masse. Et là encore, on peut prédire toutes les voies par lesquelles se désintègre le boson H et à quel taux il emprunte chaque voie (ce qu'on appelle le rapport de branchement ou branching ratio). Et ce rapport de branchement, dépend également de sa masse. Pour une masse de 126 GeV on prédit que dans 56% des cas par exemple on a une paire de quarks bottom–antibottom, dans 23% des cas une paire de boson W, etc. Comme tout est observé comme prédit, on peut déduire qu'on a détecté le boson, et quelle est sa masse.

[feedblack]

Stephen Hawking était contre la découverte du boson de Higgs, il a même parié qu'on ne le découvrirait pas :

http://www.futura-sciences.com/magaz...ggs-lhc-16686/
http://www.futura-sciences.com/magaz...on-pari-39862/

J'ai même lu un truc du genre qu'il pensait qu'il était préférable qu'on ne le découvre pas ! Mr Hawking, vous êtes un Génie mais là contre Mr Higgs vous vous êtes trompé !

[Deedee81]

Salut,

J'ai même lu un truc du genre qu'il pensait qu'il était préférable qu'on ne le découvre pas ! Mr Hawking, vous êtes un Génie mais là contre Mr Higgs vous vous êtes trompé !

C'était peut-être juste un espoir.

Je me rappelle avoir dit un truc comme ça :

"Bien sûr qu'on va le découvrir. Ce serait vraiment étonnant qu'il n'existe pas. Mais franchement, moi j'aimerais bien qu'on ne le trouve pas. Ras le bol des confirmations. Si on pouvait avoir pour UNE FOIS quelque chose en désaccord avec le Modèle Standard qu'on sait incomplet. Juste une fois. Histoire d'avoir quelque chose à se mettre sous la dent pour avancer dans la théorie".

Mais, bon, c'est comme ça. La découverte du Higgs est une formidable découverte et quelque chose de franchement en désaccord avec le MS ça finira bien par arriver.

[A voir en vidéo sur Futura]

[papy-alain]

Cette notion de masse est difficile à comprendre (du moins pour moi).
L'essentiel de la masse des hadrons provient des énergies de liaison, c-à-d du gluon, dans le cas de l'interaction forte.
Peut on dés lors dire que le gluon confère la masse aux hadrons, et que le champ de Higgs engendre leur inertie ?

[Deedee81]

Salut,

Cette notion de masse est difficile à comprendre (du moins pour moi).
L'essentiel de la masse des hadrons provient des énergies de liaison, c-à-d du gluon, dans le cas de l'interaction forte.
Peut on dés lors dire que le gluon confère la masse aux hadrons, et que le champ de Higgs engendre leur inertie ?

Non, ou en tout cas pas comme je comprend ta phrase.

La masse d'une particule c'est :
- la masse de ses composants
- plus l'énergie de liaison (en général négative, sauf pour les nucléons) = énergie d'interaction (éventuellement avec des particules virtuelles !!!)
(masse et énergie, même combat, dans le référentiel où la particule est au repos : E = mc², E total)

Si on ajoute le Higgs, il ne reste plus que :
- énergie d'interaction

Et ces interactions étant, soit avec le Higgs (masse des particules élémentaires), soit avec le Higgs et d'autres particules comme le gluon (masse des particules composites)

[papy-alain]

Ben oui, mais la masse n'est pas acquise par interaction avec le boson de Higgs.
Seules les particules élémentaires interagissent avec le champ de Higgs, pas avec le boson.
Du coup, je m'y perds complètement.

[Deedee81]

Ben oui, mais la masse n'est pas acquise par interaction avec le boson de Higgs.
Seules les particules élémentaires interagissent avec le champ de Higgs, pas avec le boson.

C'est pour ça que j'ai précisé "particules virtuelles". Les interactions des quarks dans un nucléon c'est avec des gluons virtuels, tout comme avec les Higgs virtuels. Même combat.

Pour être plus précis :
je trouve la distinction "avec le champ" v.s. "avec le boson" qu'on trouve un peu partout un peu spécieuse.

On a toujours les deux. Prenons les photons, plus familier. On a le champ électromagnétique (quantique) partout. Omniprésent.
Et les photons ne sont rien d'autre que des excitations de ce champs.
On a alors deux situations :
- particules réelles : c'est-à-dire particules observées avant ou après (ou les deux) une interaction. Par exemple la lumière émise par une lampe de poche et qu'on peut voir.
- particules virtuelles : particules créées et détruite durant l'interaction. Par exemple le champ électrique attirant deux charges électriques (échange de photons virtuels)
Mais en réalité cette distinction est artificielle. Considérons un photon virtuel échangé entre deux particules A et B.
Si tu considère juste la particule A (pour la même situation/expérience, on ignore juste volontairement la particule B), alors ce photon est... réel !
Inversement, si tu considères l'interaction des photons de la lampe de poche avec les molécules de rhodopsine dans l'oeil, ces photons sont... virtuels !!! (il est créé puis détruit dans l'interaction filament -> photon -> rhodopsine)
On dit parfois "oui, mais un photon réel est sans masse, alors qu'un photon virtuel peut avoir une masse" (on dit qu'il est hors de la couche de masse).
Mais là aussi c'est une approximation humaine !!! Cette masse est simplement une conséquence du principe d'indétermination due au fait que le photon virtuel a une durée de vie finie. Et le photon réel est considéré dans les calculs comme ayant une durée de vie infinie (sans interagir !) ..... ce qui est faux ! (il fini par être absorbé ou diffusé, sinon comment on saurait qu'il a été émis ?)

La seule véritable différence est liée à l'interprétation de la MQ et la mesure : une fois qu'on a vu/mesuré le photon, on connait son état exact alors que comme particule virtuelle il est toujours dans un état superposé d'états différents.
Mais ça c'est lié à l'interprétation de la MQ, je ne vais pas approfondir, c'est totalement indépendant de ces histoires de champs. On peut même là aussi (interprétations sans réduction) considérer que cette différence là est fausse aussi.

Revenons au Higgs. Quand on parle de la masse, il s'agit bien du boson de Higgs, mais de bosons virtuels. Formant un nuage de particules virtuelles autour de la particule.
Tout comme toute particule chargée à un nuage de photons virtuels autour d'elle.
Ou comme les quarks échangent des gluons virtuels.

Du coup, je m'y perds complètement.

C'est une compréhension virtuelle dans le champ de la compréhension ?
J'espère que c'est (un peu) plus réel... euh... clair, maintenant.

[papy-alain]

Beaucoup plus clair. Je ne me rendais pas compte de l'importance prépondérantes des particules virtuelles, y inclus les bosons virtuels. Du coup, la nature élémentaire du champ de Higgs apparaît beaucoup plus nettement.
Merci beaucoup pour ces explications.

[papy-alain]

En réfléchissant plus loin, considère-t-on que l'énergie du vide crée également des bosons virtuels ?

[Deedee81]

Salut,

En réfléchissant plus loin, considère-t-on que l'énergie du vide crée également des bosons virtuels ?

Oui, mais qui disparaissent presque aussi vite (sauf espace-temps courbe : exemple le rayonnement de Hawking).

[V13]

Bonjour !

Je me demandais si les fluctuations énergétiques quantiques du vide violaient le principe de conservation de l'énergie ?

Imaginons l'effet Casimir: les deux plaques se rapprochent par l'effet du vide, on peut imaginer un dispositif assez précis qui exploite leur énergie cinétique (même si elle est très faible), on aurait donc créé de l'énergie à partir de rien... ou plutôt à partir de l'énergie du vide quantique.

Mais si j'ai bien compris, l'énergie du vide quantique provient du principe d'incertitude, c'est-à-dire que pour un intervalle de temps suffisamment petit on ne peut pas dire que l'énergie du vide soit nulle car il y a une indétermination sur le delta d'énergie ? Il n'y aurait pas un problème avec l'expérience de casimir qui donne de l'énergie pour un temps très grand (si ce n'est infini si on conçoit le principe de conservation de l'énergie vrai à l'échelle macroscopique, bien au delà donc du petit intervalle de temps imposé par le principe d'incertitude) ?

Je sais que ces questions sont résolues, mais je trouve ça bizarre quand même

[Deedee81]

Je me demandais si les fluctuations énergétiques quantiques du vide violaient le principe de conservation de l'énergie ?

Oui, mais seulement sur des périodes très courtes.

Imaginons l'effet Casimir: les deux plaques se rapprochent par l'effet du vide, on peut imaginer un dispositif assez précis qui exploite leur énergie cinétique (même si elle est très faible), on aurait donc créé de l'énergie à partir de rien... ou plutôt à partir de l'énergie du vide quantique.

Ca reste une force conservatrice. Tu peux voir ça comme une énergie potentielle. Si tu veux remettre les plaques dans leur position initiale, il faut dépenser exactement l'énergie que tu as gagné.
Exactement comme si elles étaient attirées par une force électrostatique.

[V13]

Oui, mais seulement sur des périodes très courtes.



Ca reste une force conservatrice. Tu peux voir ça comme une énergie potentielle. Si tu veux remettre les plaques dans leur position initiale, il faut dépenser exactement l'énergie que tu as gagné.
Exactement comme si elles étaient attirées par une force électrostatique.

Est-ce que sur ce petit intervalle de temps où le principe de conservation de l'énergie est violée on peut déduire que les lois physiques varient dans le temps (théorème de Noether) ou je sur-interprète ?

[Deedee81]

Est-ce que sur ce petit intervalle de temps où le principe de conservation de l'énergie est violée on peut déduire que les lois physiques varient dans le temps (théorème de Noether) ou je sur-interprète ?

Non, là tu sur-interprètes.

[papy-alain]

Oui, mais qui disparaissent presque aussi vite (sauf espace-temps courbe : exemple le rayonnement de Hawking).

Oui, l'annihilation survient très vite, mais j'imagine que ce très court laps de temps est suffisant pour maintenir le champ de Higgs dans un état non nul, dans les grands espaces vides intergalactiques ?

[Deedee81]

Oui, l'annihilation survient très vite, mais j'imagine que ce très court laps de temps est suffisant pour maintenir le champ de Higgs dans un état non nul, dans les grands espaces vides intergalactiques ?

Je ne suis pas sûr de ce à quoi tu fais référence exactement mais ce qui est certain est que cela pose une difficulté. Et pas seulement pour le Higgs.
L'énergie du vide, même après renormalisation, est non nulle et devrait donc en principe avoir un effet gravitationnel (et intervenir dans la constante cosmologique par exemple).
Mais le résultat (si ma mémoire est bonne) est 60 ordres de grandeur trop élevé.

On peut faire difficilement plus débile comme résultat. Rien que cela montre les difficultés que l'on a pour marier MQ et RG.

[papy-alain]

L'idée sous-jacente à ma question était : les neutrinos qui traversent les grands espaces vides conservent ils leur masse durant ce trajet ? Vu que, déjà, leur masse est tellement faible...
Parce que si c'était le cas, ça voudrait dire qu'une particule momentanément sans masse pourrait voyager à c, ce qui pourrait expliquer le fait qu'après un voyage de plusieurs milliers d'années ils nous parviennent encore avant la lumière lors de l'explosion d'une supernova. (Pour Sn 1987a les neutrinos ont été détectés trois heures avant la lumière, après un voyage de 168.000 années).

[Deedee81]

L'idée sous-jacente à ma question était : les neutrinos qui traversent les grands espaces vides conservent ils leur masse durant ce trajet ? Vu que, déjà, leur masse est tellement faible...

Je dirais.... en principe oui (mais comment le vérifier ???)

Parce que si c'était le cas, ça voudrait dire qu'une particule momentanément sans masse pourrait voyager à c, ce qui pourrait expliquer le fait qu'après un voyage de plusieurs milliers d'années ils nous parviennent encore avant la lumière lors de l'explosion d'une supernova. (Pour Sn 1987a les neutrinos ont été détectés trois heures avant la lumière, après un voyage de 168.000 années).

Ah, non, ça ce n'est pas juste. D'abord pour le neutrino la différence serait peau de chagrin. Ils vont à une vitesse tellement proche de 'c' que même pour ceux venant de la Sn 1987a, la différence de temps d'arrivée est minuscule. Bien inférieure aux écarts constatés (*). Ensuite, si les neutrinos sont arrivés avant c'est pour cette raison mais aussi parcequ'ils sont parti beaucoup plus tôt (ils n'ont pas eut besoin d'attendre que l'enveloppe devienne transparente ).

(*) La flemme de faire le calcul. Pour faire une estimation : voir leur masse (maximale !) sur Wikipedia, voir l'énergie d'un neutrino bêta (on doit trouver ça aussi sur wikipedia), calcul du facteur gamma (qui sera donc minimal) et de là la vitesse et le décalage.

[gros_malin]

Merci beaucoup pour vos réponses.

En résumé on tourne en rond dans la formule E=mc2, l’énergie se transforme en masse et inversement la masse se transforme en énergie, et le boson de Higgs et autres particules aucune surprise tout est prévu dans le modèle standard. (je suis presque un peu déçu, comme M. Higgs)

Je reviens à ma question d’introduction "à quel point la matière se fait désintégrer en arrivant dans le trou noir". Ayant étayé mes connaissances je peux préciser la question: à quel point la matière se désintègre en particules élémentaires ou en énergie lorsqu'elle a franchi l'horizon du trou noir, ou que se passe-t-il sur le trajet horizon - singularité ?

Autre question: le centre du trou noir (ou singularité) est un point, l'horizon est une sphère virtuelle à partir de laquelle on ne s'échappe plus même pas la lumière et dont le rayon dépend de la masse du trou noir, c'est clair.
Ce qui me gène c'est que dans toutes les représentations le trou noir est un objet plan en 2D alors que c'est un point. Vous me répondrez que l'on représente le disque d’accrétion et non le trou noir qui est un point invisible par définition. ça me gêne quand-même parce que un trou noir sans moment cinétique ne va pas créer de disque.

Question subsidiaire: quelle est l'épaisseur du disque?

[papy-alain]

"à quel point la matière se fait désintégrer en arrivant dans le trou noir". Ayant étayé mes connaissances je peux préciser la question: à quel point la matière se désintègre en particules élémentaires ou en énergie lorsqu'elle a franchi l'horizon du trou noir, ou que se passe-t-il sur le trajet horizon - singularité ?

On ne connaît pas l'état de la matière sous l'horizon. Impossible de décrire les transformations/désintégrations éventuelles une fois passé l'horizon du TN. Peut être pourra-t-on répondre à cette question le jour où une théorie de gravité quantique sera avérée, mais je crains qu'il faille encore attendre longtemps.

Autre question: le centre du trou noir (ou singularité) est un point, l'horizon est une sphère virtuelle à partir de laquelle on ne s'échappe plus même pas la lumière et dont le rayon dépend de la masse du trou noir, c'est clair.
Ce qui me gène c'est que dans toutes les représentations le trou noir est un objet plan en 2D alors que c'est un point. Vous me répondrez que l'on représente le disque d’accrétion et non le trou noir qui est un point invisible par définition. ça me gêne quand-même parce que un trou noir sans moment cinétique ne va pas créer de disque.
Question subsidiaire: quelle est l'épaisseur du disque?

Même réponse. La singularité centrale est en fait de nature inconnue. On ne sait pas si c'est VRAIMENT un point sans dimension comme le décrit la théorie actuelle ou...autre chose.

[Gilgamesh]

Je reviens à ma question d’introduction "à quel point la matière se fait désintégrer en arrivant dans le trou noir". Ayant étayé mes connaissances je peux préciser la question: à quel point la matière se désintègre en particules élémentaires ou en énergie lorsqu'elle a franchi l'horizon du trou noir, ou que se passe-t-il sur le trajet horizon - singularité ?

La réponse qu'on peut en donner dépend de l'hypothèse qu'on prend pour se représenter les particules à l'échelle de Planck, en gros. Si ce sont des cordes ou p-branes, alors la ci devant singularité est un ensemble de branes fusionnées par exemple.

Autre question: le centre du trou noir (ou singularité) est un point, l'horizon est une sphère virtuelle à partir de laquelle on ne s'échappe plus même pas la lumière et dont le rayon dépend de la masse du trou noir, c'est clair.
Ce qui me gène c'est que dans toutes les représentations le trou noir est un objet plan en 2D alors que c'est un point. Vous me répondrez que l'on représente le disque d’accrétion

Non, on représente l'horizon en 2D, afin de représenter la courbure en utilisant la 3e dimension.

et non le trou noir qui est un point invisible par définition. ça me gêne quand-même parce que un trou noir sans moment cinétique ne va pas créer de disque.

Question subsidiaire: quelle est l'épaisseur du disque?

Le disque d'accrétion n'est oas représenté en général dans les schémas théorique de trous noirs. Quand il existe son épaisseur dépend du débit du gaz arrivant sur le trou noir.

[papy-alain]

C'est pour ça que j'ai précisé "particules virtuelles". Les interactions des quarks dans un nucléon c'est avec des gluons virtuels, tout comme avec les Higgs virtuels. Même combat.

Pour être plus précis :
je trouve la distinction "avec le champ" v.s. "avec le boson" qu'on trouve un peu partout un peu spécieuse.

On a toujours les deux. Prenons les photons, plus familier. On a le champ électromagnétique (quantique) partout. Omniprésent.
Et les photons ne sont rien d'autre que des excitations de ce champs.
On a alors deux situations :
- particules réelles : c'est-à-dire particules observées avant ou après (ou les deux) une interaction. Par exemple la lumière émise par une lampe de poche et qu'on peut voir.
- particules virtuelles : particules créées et détruite durant l'interaction. Par exemple le champ électrique attirant deux charges électriques (échange de photons virtuels)
Mais en réalité cette distinction est artificielle. Considérons un photon virtuel échangé entre deux particules A et B.
Si tu considère juste la particule A (pour la même situation/expérience, on ignore juste volontairement la particule B), alors ce photon est... réel !
Inversement, si tu considères l'interaction des photons de la lampe de poche avec les molécules de rhodopsine dans l'oeil, ces photons sont... virtuels !!! (il est créé puis détruit dans l'interaction filament -> photon -> rhodopsine)
On dit parfois "oui, mais un photon réel est sans masse, alors qu'un photon virtuel peut avoir une masse" (on dit qu'il est hors de la couche de masse).
Mais là aussi c'est une approximation humaine !!! Cette masse est simplement une conséquence du principe d'indétermination due au fait que le photon virtuel a une durée de vie finie. Et le photon réel est considéré dans les calculs comme ayant une durée de vie infinie (sans interagir !) ..... ce qui est faux ! (il fini par être absorbé ou diffusé, sinon comment on saurait qu'il a été émis ?)

La seule véritable différence est liée à l'interprétation de la MQ et la mesure : une fois qu'on a vu/mesuré le photon, on connait son état exact alors que comme particule virtuelle il est toujours dans un état superposé d'états différents.
Mais ça c'est lié à l'interprétation de la MQ, je ne vais pas approfondir, c'est totalement indépendant de ces histoires de champs. On peut même là aussi (interprétations sans réduction) considérer que cette différence là est fausse aussi.

Revenons au Higgs. Quand on parle de la masse, il s'agit bien du boson de Higgs, mais de bosons virtuels. Formant un nuage de particules virtuelles autour de la particule.
Tout comme toute particule chargée à un nuage de photons virtuels autour d'elle.
Ou comme les quarks échangent des gluons virtuels.



C'est une compréhension virtuelle dans le champ de la compréhension ?
J'espère que c'est (un peu) plus réel... euh... clair, maintenant.

Bien le bonjour.
Je reviens sur cette analogie entre le champ électromagnétique et le champ de Higgs, car je ne comprends pas cette comparaison.
Dans l'univers, les photons sont omniprésents. Le champ électromagnétique, comme tout champ scalaire, possède en chaque point une valeur mesurable qui dépend du quantum d'énergie des photons, sans avoir besoin de faire appel à la notion de particules virtuelles.
Pour le champ de Higgs, tout est différent. Le boson lui-même n'a réellement existé que dans les premiers instants de l'univers, au moment de la nucléosynthèse primordiale. Les expériences menées au LHC montrent qu'il faut développer une énergie considérable, de l'ordre de 125 Gev, pour le voir brièvement apparaître durant un laps de temps inférieur au trillardième de seconde. Une telle énergie n'est pas présente au sein des atomes, et encore moins au sens de l'énergie du vide.
La notion de boson de Higgs virtuel devient dés lors une notion purement théorique, sans réalité physique concrète.
Que devient alors l'intérêt d'un champ scalaire dont la valeur est nulle en tous points ?

[Deedee81]

Salut,

Dans l'univers, les photons sont omniprésents. Le champ électromagnétique, comme tout champ scalaire,

Ce n'est pas un champ scalaire (mais ce n'est pas là que le bât blesse).

possède en chaque point une valeur mesurable qui dépend du quantum d'énergie des photons, sans avoir besoin de faire appel à la notion de particules virtuelles.

Hé si, c'est nécessaire. Tu ne peux pas décrire l'effet Lamb, par exemple, sans faire appel à la notion de photon virtuel. En fait, un simple champ électrique statique est un échange de photons virtuels.

Pour le champ de Higgs, tout est différent. Le boson lui-même n'a réellement existé que dans les premiers instants de l'univers, au moment de la nucléosynthèse primordiale. Les expériences menées au LHC montrent qu'il faut développer une énergie considérable, de l'ordre de 125 Gev, pour le voir brièvement apparaître durant un laps de temps inférieur au trillardième de seconde. Une telle énergie n'est pas présente au sein des atomes, et encore moins au sens de l'énergie du vide.
La notion de boson de Higgs virtuel devient dés lors une notion purement théorique, sans réalité physique concrète.

Je vois ce que tu veux dire.

La différence c'est l'instabilité du Higgs. Le champ du Higgs et ses fluctuations quantiques est bien présent partout, tout comme le champ électromagnétique.
La grosse différence est qu'un état excité du champ électromagnétique (un état à un photon par exemple) est stable. Tandis que ce n'est pas le cas du Higgs qui va immédiatement se désintégrer, le champ revenant dans son état de base (état du vide quantique de Higgs). Le Higgs ne peut donc se penser sans son couplage avec les autres champs (ce qu'on peut faire, au moins avec une certaine approximation, pour le champ électromagnétique).

La différence est la même qu'entre l'électron et le muon. Dans les deux cas, ce sont des états excités d'un champ (de Dirac, électronique ou muonique). Dans les deux cas, il existe des électrons et des muons libres que l'on peut observer. Dans les deux cas il existe des électrons virtuels et des muons virtuels (par exemple, un photon libre peut se transformer en une paire électron, positron qui s'annihilent et redonnent le photon qui continue sur sa lancée. Ca intervient dans la renormalisation du champ électromagnétique en théorie quantique des champs. Dans certains cas on peut même avoir création spontanée de paires libres, dans un champ électrique extrêmement intense. Le phénomène est trop difficile à produire avec un champ statique en laboratoire mais peut se produire et avoir une influence dans le champ électrique très intense du noyau d'un atome).

Mais il y a une différence : l'électron est stable et omniprésent partout dans l'univers (comme nos photons).
Mais le muon lui est instable. Il n'existe que s'il est créé en fournissant assez d'énergie (comme notre Higgs).

Pourtant, pose toi cette question : est-ce que cette différence électron/muon te pose-t-elle un problème conceptuel ? Si oui, pourquoi ? Et si non, pourquoi la différence photon/Higgs, qui est de même nature, te pose-t-elle un problème ?

La notion de boson de Higgs virtuel devient dés lors une notion purement théorique, sans réalité physique concrète.

Rappelle-toi mon explication : virtuel / réel n'est qu'une distinction humaine. Il y a des particules intervenant dans des interactions, ni plus, ni moins. Il n'y a pas de sens à nier l'existence des particules virtuelles.

Mais là aussi il y a une différence, mais purement pratique : il est très facile d'observer les effets des photons virtuels. Rappelle-toi l'exemple que j'ai donné ci-dessus du champ électrique. On peut étudier tous ces effets de l'électromagnétisme facilement, en dégager les propriétés,... etc... facile, évident, irréfutable. Puis quand on passe à la description quantique, la traduction en terme de photons virtuels devient triviale.
Par contre, pour le Higgs, tintin. L'effet en question existe bien : c'est la masse des particules élémentaires. Mais ce n'est pas une grande quantité d'informations (quelques masses élémentaires) ni sur laquelle on peut beaucoup jouer. La traduction en terme de champs de Higgs (et donc de particules virtuelles) n'a rien de trivial (et d'ailleurs avant la confirmation avec le LHC, il existait des hypothèses alternatives, bien que plus complexes).
Pourquoi cette différence ? A cause de l'instabilité ? Hé non ! Là c'est une autre raison : c'est la source du champ. Il y en a une pour le champ électromagnétique, c'est la charge électrique (le champ électromagnétique est en fait un champ de jauge, son existence est liée à l'existence d'une symétrie interne. L'invariance sous cette symétrie implique l'existence d'une quantité conservée : la charge électrique. Et l'invariance "relativiste", locale, implique l'existence du champ EM). Mais il n'y en a pas pour le Higgs (tout comme il n'y en a pas pour l'électron ou les quarks).

Donc, oui, il y a des différences. Liées aux différentes quantités décrivant le champ (symétries, caractère scalaire, vectoriel, tensoriel, charges, spins,...). Mais ces différences ne sont pas du tout au niveau du "virtuel or not". Ces différences conduisent juste à, dans certains cas, des difficultés pour mesurer ces quantités.

[papy-alain]

Un point à préciser : dans le langage courant, virtuel signifie imaginaire, qui n'existe pas vraiment. Dans le langage physique, cela veut bien dire : qui n'existe que durant un temps extrêmement court. Correct ?

[Nicophil]

Bonjour,

Bonjour,

L'existence des particules virtuelles est-elle une explication commode, ou un fait ?

Merci.

[Deedee81]

Un point à préciser : dans le langage courant, virtuel signifie imaginaire,

Il est clair que ce mot a été très mal choisi. C'est mon avis du moins. C'est pas rare les mots trompeurs en physique. Mais celui-là, c'est incroyable ce qu'il provoque comme compréhensions inappropriées !!!!!

Dans le langage physique, cela veut bien dire : qui n'existe que durant un temps extrêmement court. Correct ?

Pas vraiment (même si c'est souvent très court).
Ca signifie plutôt "qui n'existe que pendant la durée du processus envisagé et pas avant ni après". Cette durée peut être éventuellement très grande.

Oh làlà, j'ai voulu donner le lien wikipedia. Mais là, franchement, j'ai rarement vu une aussi mauvaise rédaction. Wikipedia ne me déçoit pas souvent mais là.....

L'article anglais me semble mieux.
https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_particle

Note que le point de vue décrit est légèrement différent du miens et (je pense) majoritaire (on voit les particules virtuelles comme un simple intermédiaire de calcul et pas comme une image fidèle de la réalité. J'ai déjà vu ce point de vue exprimé ici et je dois dire que je ne vois pas d'argument solide qui permettrait de trancher. C'est de l'ordre de l'interprétation. Mais je devais le signaler pour ne pas donner l'impression que je représente un point de vue "officiel").

[papy-alain]

Le wiki anglais est évocateur. J'y découvre que les bosons virtuels peuvent avoir une masse différente de celle du boson réel, qu'ils peuvent voyager plus vite que c, qu'ils peuvent remonter dans le temps, etc...
Ils ne peuvent être observés, car ils ne sont qu'une abstraction mathématique pure.
Ils n'ont aucune réalité physique.
Je me demande comment on peut bâtir des théories sur des notions aussi abstraites.
Je sais bien que la MQ est très contre-intuitive, mais là j'en arrive tout de même à penser que ces particules virtuelles ont été inventées pour donner des solutions à des phénomènes que nous ne sommes pas capables d'expliquer autrement que par des artifices.
Que vaut encore le champ de Higgs dans ces conditions ?

[Deedee81]

J'y découvre que les bosons virtuels peuvent avoir une masse différente de celle du boson réel

Oui, j'avais expliqué ça dans le message 8 ("on dit qu'il est hors de la couche de masse").

, qu'ils peuvent voyager plus vite que c, qu'ils peuvent remonter dans le temps, etc...

Là, je suis plus dubitatif. Faudra que j'aille voir l'article car :
- tous les observables commutent sur des intervalles de type espace. Je vois donc mal comment une interaction pourrait aller plus vite que 'c'.
- le sens du temps est une convention, "particule qui remonte le temps" c'est pour moi juste qu'on considère une variable t changée de signe !!!! (un usage fréquent dans les techniques diagrammatiques car ça permet de voir certains diagrammes équivalents et ça évite des calculs inutiles).

Ils ne peuvent être observés,

Forcément puisque par définition une particule virtuelle est créée et détruite dans le processus, entre deux observations.

car ils ne sont qu'une abstraction mathématique pure.
Ils n'ont aucune réalité physique.

Ca c'est ton interprétation (et c'est vrai, je pense que c'est l'interprétation majoritaire). Mais ce n'est pas la mienne. Je considère ce "car" comme étant abusif.

(par contre, là je rejoins le docteur Zeh et curieusement ce n'est pas non plus l'interprétation majoritaire, je pense que les "pures fluctuations du vide" sont une abstraction, c'est-à-dire les "diagrammes vides vides". Dans l'effet Casimir, par exemple, ce sont des fluctuations quantiques entre les deux plaques, c'est-à-dire des particules virtuelles échangées entre des plaques conductrices. Ce ne sont pas de "pures fluctuations du vide").

Je me demande comment on peut bâtir des théories sur des notions aussi abstraites.
[...]

Quand tu vois un "sinus" dans une équation newtonienne, tu te fais aussi ce genre de réflexion ?
Bien sûr qu'il y a des abstractions dans les théories. Ce n'est pas un scoop.
Même si tu considères ces particules virtuelles comme de pures abstractions mathématiques (ce qui n'est pas mon cas, j'insiste), en quoi l'usage de calculs abstraits dans une théorie physique te gêne-t-il ? Est-ce que ça rend la théorie moins solide ? N'oublions pas que le seul critère de validité d'une théorie est la confrontation aux données expérimentales. Et de ce point de vue, la théorie quantique des champs est la théorie validée avec le plus de précision de tous les temps.

[papy-alain]

Là, je suis plus dubitatif. Faudra que j'aille voir l'article car :
- tous les observables commutent sur des intervalles de type espace. Je vois donc mal comment une interaction pourrait aller plus vite que 'c'.

Ca m'a surpris également, pourtant c'est clair :
<<For example, they can progress backwards in time, can have apparent mass very different from their regular particle namesake's[dubious – discuss], and can travel faster than light.>>

Quand tu vois un "sinus" dans une équation newtonienne, tu te fais aussi ce genre de réflexion ?
Bien sûr qu'il y a des abstractions dans les théories. Ce n'est pas un scoop.
Même si tu considères ces particules virtuelles comme de pures abstractions mathématiques (ce qui n'est pas mon cas, j'insiste), en quoi l'usage de calculs abstraits dans une théorie physique te gêne-t-il ? Est-ce que ça rend la théorie moins solide ? N'oublions pas que le seul critère de validité d'une théorie est la confrontation aux données expérimentales. Et de ce point de vue, la théorie quantique des champs est la théorie validée avec le plus de précision de tous les temps.

Oui, mais attends...
Si tu parles de Newton, on décrit par les mathématiques ce qui résulte de l'observation, ce qui est l'essence même de la physique.
Ici, c'est juste l'inverse. On construit une théorie à partir de raisonnements invérifiables, puisque ces particules virtuelles ne seront sans doute jamais observées.
Les équations qui conduisent à une prédiction qui se vérifie par la suite montrent que le raisonnement suivi est correct, et la MQ se vérifie tous les jours, je suis bien d'accord. Cependant, dans le cas du boson virtuel de Higgs, ça reste une hypothèse invérifiable, et qui est loin de tout expliquer, comme tu le soulignais ici :

L'énergie du vide, même après renormalisation, est non nulle et devrait donc en principe avoir un effet gravitationnel (et intervenir dans la constante cosmologique par exemple).
Mais le résultat (si ma mémoire est bonne) est 60 ordres de grandeur trop élevé.
On peut faire difficilement plus débile comme résultat. Rien que cela montre les difficultés que l'on a pour marier MQ et RG.