émission stimulée

[invite6d6eb223]

Bonjour, je suis en L1 et féru de physique, c'est mon premier message, j'espère que vous comprendrez mon ignorance. Je me pose une question et bien sur je n'arrive pas à y répondre. Dans le cas d'une émission stimulée comme dans un laser, un photon d'une longueur d'onde donnée induit l'émission d'un autre photon de même longueur d'onde en interagissant avec un électron d'un atome excitée. Si il interagit avec un atome, c'est que le photon est plus ou moins localisé(sur l'atome), or il a une seule longueur d'onde bien définie, donc il devrait être totalement délocalisé non? Bref je n'aime pas trop l'image du photon qui arrive sur un atome. Je me pose la même question concernant l'absorption, et la diffusion compton, je me demande si il s'agit d'effets collectifs mesurables en moyenne quand un grand nombre de charges sont impliquées.

Merci d'avance.
-----

[tempsreel1]

Bonjour et bienvenu au forum

or il a une seule longueur d'onde bien définie, donc il devrait être totalement délocalisé non

tu penses à la relation d'incertitude d'Heisenberg ?

[kalish]

Peut-être qu'il imagine plus une onde monochromatique qui par définition a une extension spatiale et temporelle infinie, la relation de heisenberg en découlant (du moins dans une première approche). C'est à dire pour être localisé, il faut un paquet d'onde, et donc plusieurs longueurs d'onde.

[LPFR]

Bonjour.
Vous mélangez affreusement des photons et des longueurs d'onde. Un photon "ordinaire" (pas celui de l'électrodynamique quantique) n'a pas de longueur d'onde. Il n'a qu'une énergie.
Un photon fait parfois passer un électron d'un niveau d'énergie à un autre séparée du premier par la même énergie que celle du photon.
Le processus est symétrique il fait passer d'un niveau à l'autre indépendamment du sens: vers le haut ou vers le bas. Vers le haut l'électron monte en énergie en prenant celle du photon (c'est l'absorption). Vers le bas il descend de niveau en émettant un nouveau photon (c'est l'émission stimulée).
Morale: soit vous travaillez avec des photons et on ne parle pas de longueur d'onde, soit vous travaillez avec des ondes électromagnétiques et on ne parle pas de photon.

Soit vous être pur et dur (et masochiste) et vous travaillez avec les photons de l'EDQ, qui ont un comportement bien plus complexe (c'est le cas de le dire) que les simples photons "grand public" qui transportent de l'énergie et rien d'autre.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef17c7c8d]

De ce que je crois avoir compris d la nature profonde de la lumière, c'est qu'un photon unique n'a pas de longueur d'onde.

C'est en fait la coopération de milliards de milliards de photons ensembles à l'unisson (oui le photon n'est pas ce qu'on pourrait appeler un solitaire...) qui donne l'aspect ondulatoire de la lumière (c'est un effet quantique macroscopique connu sous le nom de condensat de Bose-Einstein)

[gatsu]

Bonjour, je suis en L1 et féru de physique, c'est mon premier message, j'espère que vous comprendrez mon ignorance. Je me pose une question et bien sur je n'arrive pas à y répondre. Dans le cas d'une émission stimulée comme dans un laser, un photon d'une longueur d'onde donnée induit l'émission d'un autre photon de même longueur d'onde en interagissant avec un électron d'un atome excitée. Si il interagit avec un atome, c'est que le photon est plus ou moins localisé(sur l'atome), or il a une seule longueur d'onde bien définie, donc il devrait être totalement délocalisé non? Bref je n'aime pas trop l'image du photon qui arrive sur un atome. Je me pose la même question concernant l'absorption, et la diffusion compton, je me demande si il s'agit d'effets collectifs mesurables en moyenne quand un grand nombre de charges sont impliquées.

Merci d'avance.

Salut,

Ba c'est ça la réduction du paquet d'onde non ? Tu as un truc qui est délocalisé et paf il se comporte comme une particule à un endroit donné.
Maintenant si on imagine qu'on balance juste un plan d'onde d'extension infini et qu'il y a un atome sur son chemin (d'extension théorique infinie également) on peut s'intéresser à l'orientation du ou des photons en sortie ainsi qu'à leur fréquence. Dans ce cas là on a pas besoin de savoir où a lieu la réaction puisque ce qui nous intéresse c'est le ou les plans d'onde en sortie.

En pratique ces experiences sont faites avec des zilllions de photons et d'atomes et en fonction des changement observés en sortie on définit une section efficace de collision correspondant à la réaction observée.

[tempsreel1]

oh la la , il va falloir défricher le chemin.

le photon seul existe puisqu'on travaille avec ( experience d'aspect, boite quantique , etc )

un photon n'est pas une onde mais une particule , effectivement pas de longueur d'onde à proprement parler

condensat de bose enstein : ensemble de bosons ayant le même état quantique : c'est le cas du laser

[invitef17c7c8d]

Merci tempsreel pour ce défrichage.

Donc ce qui différencie un laser de la lumière "classique" c'est que le laser est un condensat mais pas la lumière sous sa forme ondulatoire?

[tempsreel1]

je dirai oui entre autre mais y'a plus compétent que moi ici alors attendons ...

[LPFR]

Re.
La seule différence entre la lumière d'un laser et celle de votre lampe de bureau est que celle du laser continu est "presque" monochromatique. Celle des lasers femtoseconde n'est pas plus monochromatique, mais elle dure très peu de temps.
Et un laser ne tire pas plus droit qu'une lumière quelconque. Sans la lentille vous ne feriez pas la différence entre la lumière de votre pointeur laser et celle une LED vulgaire.
La vrai particularité d'un laser est la puissance par unité de surface.
A+

[kalish]

Bonjour.
Vous mélangez affreusement des photons et des longueurs d'onde. Un photon "ordinaire" (pas celui de l'électrodynamique quantique) n'a pas de longueur d'onde. Il n'a qu'une énergie.
Un photon fait parfois passer un électron d'un niveau d'énergie à un autre séparée du premier par la même énergie que celle du photon.
Le processus est symétrique il fait passer d'un niveau à l'autre indépendamment du sens: vers le haut ou vers le bas. Vers le haut l'électron monte en énergie en prenant celle du photon (c'est l'absorption). Vers le bas il descend de niveau en émettant un nouveau photon (c'est l'émission stimulée).
Morale: soit vous travaillez avec des photons et on ne parle pas de longueur d'onde, soit vous travaillez avec des ondes électromagnétiques et on ne parle pas de photon.

Soit vous être pur et dur (et masochiste) et vous travaillez avec les photons de l'EDQ, qui ont un comportement bien plus complexe (c'est le cas de le dire) que les simples photons "grand public" qui transportent de l'énergie et rien d'autre.
Au revoir.

Ca me parait un peu péremptoire de lui dire qu'il mélange tout, comment est donc définie l'énergie en mécanique quantique? Est-ce qu'elle ne fait pas référence directe à la fréquence?

[kalish]

Salut,

Ba c'est ça la réduction du paquet d'onde non ? Tu as un truc qui est délocalisé et paf il se comporte comme une particule à un endroit donné.
Maintenant si on imagine qu'on balance juste un plan d'onde d'extension infini et qu'il y a un atome sur son chemin (d'extension théorique infinie également) on peut s'intéresser à l'orientation du ou des photons en sortie ainsi qu'à leur fréquence. Dans ce cas là on a pas besoin de savoir où a lieu la réaction puisque ce qui nous intéresse c'est le ou les plans d'onde en sortie.

En pratique ces experiences sont faites avec des zilllions de photons et d'atomes et en fonction des changement observés en sortie on définit une section efficace de collision correspondant à la réaction observée.

Comment faire un réduction de paquet d'onde sans paquet? Il me semble que sa question est proche du problème de la mesure en MQ, et la réduction du paquet d'onde n'a rien de compréhensible il me semble même que c'est un postulat contradictoire. Et justement il parle de savoir si on sait qu'il y a une interaction ou si c'est un effet collectif,c'est pourtant clair comme question. Pourquoi votre atome est il totalement délocalisé????

[kalish]

Il me semble que ce qui peut définir l'objet électron clairement est sa masse et sa charge par exemple. Et en plus il peut prendre n'importe quelle énergie. Un photon n'a ni charge ni masse, donc si il prend une autre énergie, comment dire que c'est le même photon puisque un photon se définit par son énergie?

[coussin]

Si il interagit avec un atome, c'est que le photon est plus ou moins localisé(sur l'atome)

Hmm Nan, je ne vois pas la relation de cause à effet
Qu'est-ce qui te gène avec l'image de quelque chose de complètement délocalisé qui interagit avec un atome ?

[kalish]

Il me semble que dans un laser à Rubis par exemple, les atomes sont forcément localisés,(à peu près), et que dans un laser à gaz, ils sont au minimum dans une boite, l'interaction se passe dans la boite, en plus ils ne sont surement pas sous forme d'un condensat donc parfaitement identifiables/ discernables. L'émission se faisant à partir d'un atome...

[coussin]

Chuis d'accord
Je vois bien un photon unique délocalisé sur tous ces atomes à la fois et interagir ou pas…

[LPFR]

Ca me parait un peu péremptoire de lui dire qu'il mélange tout, comment est donc définie l'énergie en mécanique quantique? Est-ce qu'elle ne fait pas référence directe à la fréquence?

Re.
Parler de longueur d'onde un photon est une connerie (sauf si on est en QED).
Un photon a une énergie et cette énergie correspond à une longueur d'onde d'une onde électromagnétique.
C'est ça qui rapproche les deux modèles (distincts) ondulatoire et particule. Mais ces deux modèles ne se mélangent pas.
A+

[Etorre]

Bonjour,
Vous soulignez un problème qui perdurait jusque dans les année 1925 (avènement de la mécanique quantique)
Tantôt la lumière est vue comme une onde (électromagnétisme, equation de maxwell) Tantôt comme un corpuscule (photon d’énergie bien définie, avec une quantité de mouvement).
suivant la nature du problème, on utilise l'une ou l'autre des descriptions. C'est ce qu'on appelle la dualité onde corpuscule.

Einstein lui même, a la fin de sa vie, déclarait que plus il réfléchie sur ce qu'est la lumière, plus son sens lui échappe. On croit avoir compris, puis on se heurte a un nouveau problème, et on se rend compte qu'on n'a rien compris.
Personnellement je ne comprend toujours pas le sens physique des equation maxwells, alors que c'est la base (même si j'ai eu 19/20 en electroma en L3), ni cette description en paquet d'onde monochromatique unidirectionnelle, dont je ne saisie pas la localité dans l'espace transversal a la propagation, encore moins le passage a l’aspect corpusculaire.
Votre question montre que vous venez de réaliser qu'une onde monochromatique n'existe pas. Pourquoi ? Car cette onde existe pour tout temps, donc l’énergie de cette onde est infinie. L'onde commence a un certain temps, et finit par s’arrêter. Seul la description complète en paquet d'onde, localisé dans l'espace et le temps,s’avère physiquement acceptable.

Vous aurez le temps d'y songer convenablement en temps voulu, avec le recul sur le différente vision (Dualité onde corpuscule) en L3
cordialement,

[Etorre]

Re.
Parler de longueur d'onde un photon est une connerie (sauf si on est en QED).
Un photon a une énergie et cette énergie correspond à une longueur d'onde d'une onde électromagnétique.
C'est ça qui rapproche les deux modèles (distincts) ondulatoire et particule. Mais ces deux modèles ne se mélangent pas.
A+

bonjour,
ah bon ? et la longueur de de Brooglie, pour tout corpuscule ? Pas besoin d'aller en QED, un cours de première année suffit.
je me demande si ce n'est pas vous qui dites des conneries...
cordialement,

[coussin]

C'est pour les particules massives, la longueur d'onde de De Broglie
Quant à la dualité onde-corpuscule, elle n'a plus lieu. Un photon n'est ni une onde ni une particule

[gatsu]

Comment faire un réduction de paquet d'onde sans paquet?

On peut par exemple décomposer en principe toute onde plane comme un paquet d'harmoniques sphériques. En intéragissant avec l'atome on sélectionne une partie seulement de ces harmoniques et c'est ça qui peut générer une déviation du photon (dans le référentiel de l'atome).

Je crois que c'est le type de choses qu'on fait en théorie des collisions quantiques mais c'est avec des particules massives pas avec des photons. Cela dit je ne vois pas pourquoi l'image physique serait differente...

Et justement il parle de savoir si on sait qu'il y a une interaction ou si c'est un effet collectif,c'est pourtant clair comme question. Pourquoi votre atome est il totalement délocalisé????

Un résultat de MQ est toujours statistique je crois y avoir déjà répendu. Mais la probabilité d'interaction d'un seul photon en elle même ne dépend pas du fait qu'il y a un photon ou un milliard.

[gatsu]

Re.
Parler de longueur d'onde un photon est une connerie (sauf si on est en QED).
Un photon a une énergie et cette énergie correspond à une longueur d'onde d'une onde électromagnétique.
C'est ça qui rapproche les deux modèles (distincts) ondulatoire et particule. Mais ces deux modèles ne se mélangent pas.
A+

Dans les modèles non quantiques de photons, un photon a aussi une impulsion quand même non ? Très important en collisions relativistes.

[Etorre]

C'est pour les particules massives, la longueur d'onde de De Broglie

Je pense que non non. Ce que vous dites me surprend. Ce lambda traduit une longueur d’extension spécial caractéristique d'un corpuscule, qu'elle qui soit. A suivre.

Quant à la dualité onde-corpuscule, elle n'a plus lieu. Un photon n'est ni une onde ni une particule

Oui je suis d'accord. Ni une onde, ni une particule. Mais il est bien difficile de décrire ce que c'est. Disons que c'est une sorte d'hybride décrit par des ondes de probabilité de présence (qui n'a plus rien a voir avec une onde ou une particule)
Cette bestiole est appelé Quanton par Levy Leblond.
Mais on ne peux commencer a comprendre que quand on a fait déjà pas mal de quantique. J'aime bien pédagogiquement la notion de dualité onde-corpuscule.
cordialement,

[coussin]

Je pense que non non. […]

Je sais que si
Y a moyen de définir une pseudo « longueur d'onde de De Broglie » pour un paquet d'onde (lambda_0/N avec lambda_0 la longueur d'onde moyenne du paquet d'onde et N le nombre de photon dans le paquet; mais c'est déjà détourné…), pas pour un photon unique.

Mais il est bien difficile de décrire ce que c'est.

Dans le contexte de la QFT, la nature du photon s'efface devant le champ dont il est la manifestation. C'est l'objet « champ » qui est important.

[kalish]

Bonjour, je serais plutôt de l'avis de Etorre, la relation de de Broglie vaut pour toutes les particules, massives ou non, et même tous les objets... Ce qui amène à un autre problème dont personne n'a parlé ici, c'est que la mécanique quantique à proprement parler ne sait pas définir la fonction d'onde d'un photon, il faut passer en QFT, (@LPFR il y aurait 2 photons??) j'ai entendu Cohen dans une interview (il y a un ou deux ans), dire qu'on s'était demandé dans les années 70 si on avait bien besoin du photon. Donc forcément une interaction décrite dans le cadre de la MQ avec un photon, c'est bizarre. Perso j'ai du mal aussi à concevoir une interaction avec un photon à un endroit et un atome à un autre, donc même si on ne savait pas où, on devrait savoir que l'interaction se passe au même endroit, à part quelques expériences marginales, je ne rois pas quon aitrenoncé à la localité en physique. Par contre le fait de parler d'interaction statistique m'a l'air d'enlever la valeur fondamentale du processus, je vois mal pourquoi on enseigne qu'un photon induit une transition entre niveaux d'énergie sur un atome, si en fait ça sexplique mieux par un modèle semi classique+statistique, ça ne ressemble plus à une explication. Je ne savais pas du tout cette histoire d'onde plane décomposée en harmoniques sphériques, vous pensez au principe de huygens? Il s'agit alors des premières harmonique non? Qu'est ce que ça enlève à la question, la fréquence est elle différente de l'onde plane?

Dire que la fréquence d'un photon n'a rien à voir avec celle de l'onde associée, c'est vraiment très mal connaitre l'électrodynamique quantique. J'ai déjà lu sur le forum un commentaire de ce type "vous n'allez pas mélanger un photon avec une onde allons", sans aucune justification...j'ai toujours pas compris pourquoi, puisque le photon est le quanta (en énergie) de l'onde associée. Le problème est qu'il va être perdu avec le manque d'harmonie de nos réponses, comme quoi c'est une bonne question.

[Etorre]

Par contre le fait de parler d'interaction statistique m'a l'air d'enlever la valeur fondamentale du processus, je vois mal pourquoi on enseigne qu'un photon induit une transition entre niveaux d'énergie sur un atome, si en fait ça sexplique mieux par un modèle semi classique+statistique, ça ne ressemble plus à une explication. Je ne savais pas du tout cette histoire d'onde plane décomposée en harmoniques sphériques, vous pensez au principe de huygens? Il s'agit alors des premières harmonique non? Qu'est ce que ça enlève à la question, la fréquence est elle différente de l'onde plane?

Un photon, avec une énergie exactement égale E, ca n'existe pas, ca n'as pas se sens. Cela contredit le principe d’Heisenberg. Le photon est localisé dans l'espace et dans le temps, . Il ya une dispersion en fréquence, et f et f+df. et df*dt=1 (Et=h). D’où la description en paquet d'onde. En quantique, c'es plutôt une intégrale dans l'espace des états infinis.
La statistique pour un photon, ca existe. On appelle plutôt cela des probabilités. En faisant l’expérience un grand nombre de fois, on arrive a des statistiques.
Cordialement,

[LPFR]

... il faut passer en QFT, (@LPFR il y aurait 2 photons??) ...

Re.
Je n'ai pas parlé de QFT mais de QED. Et dans ce cas il n'y a pas un ou deux photons mais une infinitude de photons virtuels qui utilisent tous les chemins possibles et toutes les interactions possibles. Et ces photons, à la différence des photons "grand public" qui ne sont que des quanta d'énergie avec un spin, ont effectivement une longueur d'onde.
A+

[invitef17c7c8d]

Un photon, avec une énergie exactement égale E, ca n'existe pas, ca n'as pas se sens. Cela contredit le principe d’Heisenberg. Le photon est localisé dans l'espace et dans le temps, . Il ya une dispersion en fréquence, et f et f+df. et df*dt=1 (Et=h). D’où la description en paquet d'onde. En quantique, c'es plutôt une intégrale dans l'espace des états infinis.
La statistique pour un photon, ca existe. On appelle plutôt cela des probabilités. En faisant l’expérience un grand nombre de fois, on arrive a des statistiques.
Cordialement,

Mais les probabilités quantiques, qui s'avèrent justes par ailleurs, n'expliquent pas pourquoi on est en présence de phénomènes aléatoires où il faille faire des statistiques. La relation d'incertitude d'Heisenberg est inexplicable car inexpliquée.

Contrairement à la mécanique statistique, où l'on peut se raccrocher à un mécanisme pour expliquer la température: celui du mouvement erratique des atomes.

En quantique, Born a postulé que la fonction d'onde au carré correspondait à une probabilité de présence d'une particule (ce qui est vrai) mais cela n'explique pas pourquoi.

[Etorre]

Mais les probabilités quantiques, qui s'avèrent justes par ailleurs, n'expliquent pas pourquoi on est en présence de phénomènes aléatoires où il faille faire des statistiques. La relation d'incertitude d'Heisenberg est inexplicable car inexpliquée.

Contrairement à la mécanique statistique, où l'on peut se raccrocher à un mécanisme pour expliquer la température: celui du mouvement erratique des atomes.

En quantique, Born a postulé que la fonction d'onde au carré correspondait à une probabilité de présence d'une particule (ce qui est vrai) mais cela n'explique pas pourquoi.

La physique ne répond jamais au pourquoi, toujours au comment. On ne sait toujours pourquoi les pommes tombent vers le bas, mais on peut gratter un paquet d’équation et decrire comment.
La statistique s'appuie trés souvent sur la quantique (statistique quantique). Le fait que le déterminisme n'existe plus en quantique est certes inacceptable pour l'esprit, mais la nature s'en accommode très bien, et les postulats de la MQ sont trais clairs la dessus.
La démonstration l'incertitude d'Heisenberg est très clair et rigoureuse, et elle permet d'expliquer d’où vient cette incertitude, avec un mécanisme bien plus digeste que le modèle d'Ising 3 d (puisqu'on parle de physique statistique).

[kalish]

@Etorre
Je crois que c'est justement la question:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Photon#..._photon_.C2.BB

En physique, un photon est représenté par le symbole , la lettre grecque gamma. L’utilisation de ce symbole pour le photon provient probablement des rayons gamma, qui furent découverts et nommés en 1900 par Paul Ulrich Villard10,11. En 1914, Rutherford et Edward Andrade12 démontraient que ces rayons gamma étaient une forme de lumière. En chimie et en optique, les photons sont habituellement symbolisés par , l’énergie du photon, où est la constante de Planck et la lettre grec (nu) est la fréquence du photon. À l’occasion, le photon peut être symbolisé par hf, où sa fréquence est identifiée par f.

C'est pour ça que Einstein a eu le prix Nobel au passage
http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_photo%C3%A9lectrique
. Partant de l'hypothèse de Planck, les quantas d'énergie justement définis par leur fréquence. A votre avis, c'est la fréquence de quoi à part de l'onde monochromatique associée? Là ça me désole un peu, c'est justement ça qui est quantique, l'énergie, et c'est parce qu'on a UNE fréquence, c'est la relation de de Broglie, c'est ce qui fait que la mesure est incertaine. En plus Coussin pensait plutôt à un photon délocalisé, et là vous dites le contraire, il faudrait vous mettre d'accord, je crois que la solution est de dire que cette image d'un photon d'énergie E (et donc de fréquence déterminée) interagissant avec un atome ne décrit pas correctement ce qui se passe. Déjà décrit comme ça l'émission stimulée n'explique en rien le processus. elle n'explique pas comment le photon interagit. en plus en disant que ce photon a la même longueur d'onde et orientation, que celui incident elle permettrait de mesurer la longueur d'onde du photon incident alors qu'il s'agit d'une source sur laquelle va s'appliquer un recul dont on ne connait pas la valeur exacte... Il y a d'autres sources d'incertitudes.

On peut aussi regarder là:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusi...hoton_incident

Pour connaître la variation de longueur d'onde du photon dû à la collision, on utilise la conservation de la quantité de mouvement et la conservation de l'énergie. La première s'écrit, selon les directions «x» et «y», respectivement le long de la trajectoire incidente du photon, et sa perpendiculaire (voir la figure):

@LPFR dsl mais c'est un peu cocasse ce que vous dites, pardonnez moi mais la QED est une QFT, et pour rappel, @ coussin, que fait on en QFT? Des tonnes de transformées de Fourier avec des impulsions. Qu'est ce qui permet de faire des transformées de fourier avec des impulsions...? Toujours le vieux principe de de Broglie qui associe fréquence à énergie.