Question sur le boson de Higgs ou Champ de Higgs

[doclibre]

Bonjour,

J'aimerai savoir si le champ de Higgs est de partout dans l'espace? Sinon cela veut dire que la masse change dans l'espace, non?

Le boson de Higgs apparaît à partir du vide?

Désolé pour mes questions de debutant...
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[invitef73a730a]

Bonjour,

le champ de Higgs est en effet partout dans l'espace. Ce champ a la particularité de ne pas être nul à son plus bas niveau d'énergie, et c'est pour cela que les particules possèdent une masse.
Le boson de Higgs apparait lorsqu'on excite ce champ. De la même manière qu'une corde, un champ peut en quelque sorte "vibrer" (c'est à dire que ses valeurs oscillent autour d'une valeur moyenne). La mécanique quantique indique que pour chaque mode de vibration du champ, l'énergie emmagasinée est proportionnelle à n h f, où n est un nombre pouvant prendre uniquement des valeurs entières ( 0,1,2, etc... mais jamais 0,55 par exemple), h est la constante de Planck, et f est la fréquence de vibration du mode de vibration en question. Lorsque l'énergie est nulle (n=0) on parle de "vide".
En fait, malgré toute l'apparence mystique qu'il y a derrière le terme de "vide", celui-ci désigne simplement l'état de plus basse énergie des champs quantiques comme le champ de Higgs, le champ électromagnétique, etc...
Un boson de Higgs correspond à une excitation élémentaire hf d'un mode de vibration du champ de Higgs, de la même manière qu'un photon correspond à une excitation élémentaire d'un mode de vibration du champ électromagnétique.

[doclibre]

Quand tu parle de la constante de Planck, tu parles des niveaux d’énergie:



En fait je ne comprends pas le rapport avec le boson de Higgs...

[doclibre]

En fait moi, j'ai compris que le boson de Higgs était la particule qui créer le champ. Le champ interagie avec les particules qui ont une masse. Le champ ralentie les particules qui ont une masse

D"après cette video: http://www.youtube.com/watch?v=YvPNGebxYXc

Voilà ce que j'ai compris...

[A voir en vidéo sur Futura]

[haraelendil]

Non, tout comme le photon ne crée pas le champ magnétique, ils sont juste le mode d'excitation fondamental de leurs champs réspéctifs. On peut voir ça comme la plus petite modification du champ par rapport à son état de repos (un quantum).

[coussin]

OK mais comme doclibre je ne comprends pas trop le message #2 et pourquoi la formule E=hf s'appliquerai au Boson de Higgs… Ça ne s'applique, à mon sens, que au photon et au champ EM.
L'énergie nécessaire pour créer un Boson de Higgs de son champ, bah c'est déjà mc^2 du Boson de Higgs plus éventuellement une quantité de mouvement. Rien à voir avec hf à mon sens…

[invitef73a730a]

En fait je ne comprends pas le rapport avec le boson de Higgs...

Bonjour,
le rapport n'est pas directement avec Higgs, le rapport est avec la physique quantique en générale qui est le cadre théorique dans lequel le concept de boson apparait. On peut fabriquer toutes les théories que l'on veut : théorie de l'atome, théorie du champ électromagnétique, théorie du champ de Higgs, théorie de l'oscillateur harmonique, etc... Si on passe ces théories à la moulinette de la physique quantique (dans le jargon, on dirait "si on quantifie ces théories") alors, la relation E=hf apparait quelque part automatiquement. De la même manière que l'atome de Bohr possède des niveaux d'énergie quantifiés, le champ de Higgs possède aussi des niveaux d'énergie quantifiés. C'est seulement à ce stade que le concept de boson de Higgs apparait comme quantum élémentaire de champ, exactement de la même manière que le photon est le quantum élémentaire du champ électromagnétique.

OK mais comme doclibre je ne comprends pas trop le message #2 et pourquoi la formule E=hf s'appliquerai au Boson de Higgs… Ça ne s'applique, à mon sens, que au photon et au champ EM.
L'énergie nécessaire pour créer un Boson de Higgs de son champ, bah c'est déjà mc^2 du Boson de Higgs plus éventuellement une quantité de mouvement. Rien à voir avec hf à mon sens…

Le champ de Higgs, comme le champ électromagnétique et n'importe quel champ quantique se décompose en série de Fourier, chaque terme de cette série (disons le i-ième) est mathématiquement équivalent à un oscillateur harmonique d'une certaine fréquence fi, dont l'énergie, après quantification, possède des valeurs E=nhfi (plus une constante sans importance).

Mais la relation entre la masse et l'énergie tient toujours. En réalité, la masse indique ici la fréquence du plus bas mode de vibration du champ :
f₀=mc^2/h. (pour le champ électromagnétique, la solution de plus basse fréquence des équations de Maxwell correspond à une fréquence de 0, ce qui se traduit en terme particulaire par le fait que la masse du photon est 0).

Plus généralement, la relation (hf_i)^2=m^2c^4 + p_i^2c^2 se vérifie.

[invitef73a730a]

A me relire, je pense que mon niveau d'explication n'est peut-être pas adapté.

En réalité, ma manie de donner ce genre d'explications me vient de la longue frustration que j'ai ressentie en étant étudiant de ne pas parvenir pendant longtemps à comprendre le sens des explications vulgarisés portant sur la théorie quantique des champs.

En particulier, le lien entre particule et champ est assez complexe à saisir et je n'ai réussi à le comprendre qu'à partir du moment où j'ai essayé de rentrer un minimum dans la technique. Je pense que de manière générale, les explications en termes imagées qu'on donne dans la vulgarisation (du type champs de neige <-> Flocon de neige) ne permet uniquement de satisfaire les personnes qui expriment une petite curiosité et qui sont finalement pressées de passer à autre chose. Je ne crois pas que cela soit très satisfaisant pour quelqu'un qui veut réellement chercher à comprendre. Après, je crois qu'il n'y a rien d'extrêmement compliqué à comprendre, mais que certaines notions doivent nécessairement être saisies, comme la décomposition d'un champ en modes propres (l'exemple de la corde vibrante et de ses harmoniques peut aider à faire saisir le concept), le fait que l'énergie emmagasinée dans le champs se répartisse elle-même sur ces différents modes, et enfin que l'énergie correspondant à chaque mode est quantifiée.

[doclibre]

En fait, vous m'avez embrouillé plus qu'autre chose... C'est quoi alors ce champ de Higgs? s'il ne contient pas de boson de higgs

Je suis comme Aristark j'ai dû mal avec ces histoires de champ... Haraelendil, c'est vrai qu'un aimant ne dégage pas de photon... mais pourtant il y a bien un champ magnétique... et il me semble qu'une bobine (électricité) fournit un champ magnétique et électrique sans photon

Mais une onde électromagnétique est bien constitué de photon, et elle possède un champ magnétique et électrique.

J'essaye de faire une analogie:

le photon => boson de Higgs
champ magnétique et électrique => champ de Higgs

J'aime bien la physique mais c'est complexe parfois...

[invitef73a730a]

En fait, vous m'avez embrouillé plus qu'autre chose... C'est quoi alors ce champ de Higgs? s'il ne contient pas de boson de higgs

Je suis comme Aristark j'ai dû mal avec ces histoires de champ... Haraelendil, c'est vrai qu'un aimant ne dégage pas de photon... mais pourtant il y a bien un champ magnétique... et il me semble qu'une bobine (électricité) fournit un champ magnétique et électrique sans photon

Mais une onde électromagnétique est bien constitué de photon, et elle possède un champ magnétique et électrique.

Classiquement, un système physique peut être décrit de plusieurs manière. Prenons un oscillateur harmonique, par exemple un point matériel attaché à l’extrémité d'un ressort. Il peut être décrit par son élongation (appelons cette variable x) et sa vitesse (v). Une autre façon de le décrire est d'utiliser des termes énergétiques. On sait que l'énergie d'un tel ressort est W=1/2mv²+1/2kx².

Quantiquement, cela reste vrai, mais une nouveauté survient : la valeur de W ne peut prendre que des valeurs discrètes (W=nhf ou f est la fréquence naturelle du ressort). Maintenant, imaginons qu'on s'amuse à mettre les uns à côté des autres ce genre de "ressorts quantiques" et à les coupler d'une manière ou d'une autre -chaque ressort pourra ainsi échanger de l'énergie avec ses voisins- (en réalité, c'est un un peu comme cela que l'on modélise les cristaux et leurs vibrations). Imaginons que chaque ressort est, à l'état initial, au repos, à part un ressort qui est excité (n=1). A cause du couplage avec les autres ressorts, ce ressort va petit à petit ce désexciter, mais son voisin va prendre son énergie d'excitation hf, qui va ensuite se propager de ressort en ressort. En réalité, le paquet d'énergie hf se comporte en tout point comme une particule : on appelle même ce genre de choses des quasi-particules (et également des phonons). Maintenant, d'un point de vue mathématique, ce système de ressort ressemble beaucoup à un champ. Si on imagine que l'on place des ressorts partout dans l'espace de manière très rapproché, et en faisant tendre vers 0 la distance entre deux ressorts, alors mathématiquement, on se retrouve avec un système décrit par une fonction x(r,t), ou x représente l'élongation du ressort situé au point r de l'espace et à l'instant t. Autrement dit, x est un champ.

La situation est quasiment la même en électromagnétisme, sauf que les variables ne sont pas x(t) et v(t), mais E(t) (le champ électrique) et B(t) (le champ magnétique). Classiquement le champ peut s'exprimer en terme de E(t) et B(t), mais également en terme énergétique. Tout comme l'énergie des ressorts, l'énergie du champ électromagnétique sera quantifié et apparaitra ainsi le concept de photon de la même manière qu'apparait le concept de phonon dans notre analogie mécanique.

Maintenant, là où cela devient subtil, c'est que, alors qu'en mécanique classique on pouvait toujours et à tout moment décrire un ressort en terme de x(t) et de W, en mécanique quantique, ces deux descriptions sont "complémentaires" : on ne peut pas attribuer en même temps une position définie au ressort et une énergie définie (ces deux variables obéissent à des inégalités de type Heisenberg). La même chose est vrai en électromagnétisme entre l'énergie du champ et la valeur des champs électriques et magnétiques. Donc dans ton exemple d'un champ magnétique, ce n'est pas qu'il n'y a pas de photon dans le champ, c'est que le nombre de photons est indéterminé (du moment ou le champ B est fixé). Pour ton onde électromagnétique, le nombre de photons est définie uniquement si la phase de l'onde électromagnétique est indéfinie (autrement on connait la fréquence de l'onde, mais la position des ventres et les nœuds de l'onde est indéterminée).

J'essaye de faire une analogie:

le photon => boson de Higgs
champ magnétique et électrique => champ de Higgs

J'aime bien la physique mais c'est complexe parfois...

Cette analogie est tout à fait pertinente.

[doclibre]

Merci pour vos réponses...

[rps]

Merci pour vos réponses...

Le pauvre, il s'est pendu