Particules virtuelles / médiateurs

[Futura001]

Bonjour

J'aurais voulu savoir si toutes les particules virtuelles étaient des médiateurs ?
Et pourquoi nommer particule virtuelle des objets que l'on cherche à observer, voir que l'on observe, même si leur durée d'existence est "courte".

Merci
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[coussin]

On observe pas une particule virtuelle, par definition... À quoi songez-vous ?

Les exemples où des particules virtuelles deviennent réelles sont très spécifiques (densité d'énergie colossale, perturbation non-adiabatique du champ électromagnétique et présence d'un horizon...), se comptent sur les doigts d'une main (effet Schwinger, effet Casimir dynamique et d'une certaine manière rayonnement de Hawking) et n'ont, jusqu'à présent, jamais été observé expérimentalement.

[ThM55]

Bonjour,

Oui, les particules virtuelles jouent toutes un rôle de médiateurs d'interaction. On le sait évidemment pour l'exemple le plus connu, celui du photon: l'échange de photons virtuels décrit l'interaction entre particules chargées. Il en va de même pour les bosons de jauge. Mais, c'est peut-être un peu moins connu, un échange d'électrons virtuels entre photons réels peut décrire une interaction entre ces photons. Grâce à ces interactions, il peut y avoir "diffusion de la lumière par la lumière". C'est toutefois un effet très faible, car il est du quatrième ordre. Mais donc, la réponse est oui.

Cela dit, il faut se rendre compte que ces particules virtuelles apparaissent dans des diagrammes de Feynman, qui en fait ne sont que des artifices de calcul. On ne devrait donc pas leur donner un statut ontologique qui dépasse ces méthodes de calcul. Déjà en calculant la diffusion d'une particule (quantique) dans un champ externe statique (classique), on est devant un problème de calcul difficile, dont on ne connait pas la solution exacte en général, sauf dans quelques cas en 1 ou 2 dimensions. Pour le résoudre, on procède en développant en série d'un petit paramètre, et en ne retenant que les premiers termes à titre d'approximation. Les diagrammes de Feynman sont des méthodes combinatoires permettant d'énumérer tous les termes de ce développement et de trouver toutes les variables d'intégration. Ils sont particulièrement efficaces dans le cas relativiste, car ils permettent de regrouper de nombreux termes qui étaient distincts dans l'approche hamiltonienne.

Les particules virtuelles sont ainsi appelées parce que les diagrammes de Feynman suggèrent intuitivement des processus dans lesquels les particules réelles échangent des quanta qui ne respectent pas la relation relativiste entre la masse, l'énergie et la quantité de mouvement. C'est très suggestif, et on prend vite l'habitude de les considérer comme des particules à faible durée de vie. Mais il ne faut pas oublier qu'en toute rigueur on devrait faire la somme d'une infinité de termes (ce qu'on ne fait jamais, d'ailleurs la série diverge!), chaque terme contenant davantage de particules virtuelles que les précédents, et que la contribution de chaque particule est une intégrale sur toutes les valeurs possibles de l'énergie et de la quantité de mouvement. C'est donc plus compliqué en réalité qu'un simple échange de particules. On peut aussi les penser (comme toujours en théorie quantique des champs) comme des excitation quantiques du champ se propageant d'une particule à l'autre, c'est parfaitement équivalent.

Mais je ne sais pas si ma réponse est claire. Cela dépend de vos connaissances préalables en théorie quantique.

[Futura001]

Merci pour ces explications, qui m'éclairent même si je suis loin d'être un spécialiste.
mais les observations de ce qui semble être des bosons de Higgs, ce n'est pas "juste" une formulation mathématique, ils sont bien réels et non virtuels ?
on ne pourra jamais "observer" un gluon ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Attention, personnellement je ne suis pas d'accord de la traduction que certains font de "virtuel" = "non réel". Pour moi, virtuel = non observé directement, c'est tout (à quelques subtilités près, mais essentiellement technique. Mais ça reste des particules comme les autres).

Quand aux bosons de Higgs observés ce sont bien des bosons réels.

Entre parenthèse, il y a une sacrée subtilité que je vais expliquer. Je dis entre parenthèse. Si tu trouves ça embrouillé, ignore ce passage (je ne suis pas sûr à cent pour cent de ma vulgarisation ici).
- En réalité, on n'observe pas directement le Higgs non plus dans le LHC. C'est un particule neutre. Ce qu'on observe c'est les particules au départ (les protons) et les particules à l'arrivée (les produits de la désintégration du Higgs). Au sens habituel le Higgs est bien ici un intermédiaire dans le processus, une particule virtuelle !!!! Et dans les calculs des voies de désintégration c'est bien comme tel qu'il apparait dans les calculs.
- MAIS ce n'est pas le Higgs au sens de "le champ de Higgs qui donne la masse aux particules", c'est le couplage des particules à ce champ de Higgs qui leur donne de la masse. Ici, le Higgs découvert au LHC est bel et bien une excitation du champ de Higgs qui se propage avant de se désintégrer.

[Futura001]

J'ai vu une video de vulgarisation -facile à trouver sur YouTube-
ou un scientifique barbe blanche, cheveux blancs vulgarise en comparant
le champs de Higgs à un champ de neige dans lequel les Higgs sont les flocons.
Ensuite selon que l'on a des bottes, des raquettes ou des skis on s'y enfonce ou pas.
Premièrement j'aimerais savoir ce qu'en pensent les scientifiques ici )
Ensuite le champs de Higgs est il supposé homogène dans tous l'univers ou pas ?
Thx

[Deedee81]

Salut,

Premièrement j'aimerais savoir ce qu'en pensent les scientifiques ici )

Que c'est très poétique

Mais, bon, c'est une image qui en vaut une autre (celle du groupe d'invités entourant la célébrité idem. Ou celle que j'aime bien : le sac a dos remplis de Higgs rendant l'avance plus ou moins facile).

Ensuite le champs de Higgs est il supposé homogène dans tous l'univers ou pas ?

Oui. Il est (sauf situations extrême) dans son état de base partout
(avec là un abus de langage que les puristes remarquerons surement ).

P.S. Je me méfierais juste très fort des cas de gravitation intense (près des trous noirs par exemple) car cet état de base ce n'est jamais que l'état de vide quantique or l'état du vide quantique est notoirement mal défini dans le cas d'un champ gravitationnel variable (dans le temps ou l'espace). Je ne serais pas surpris qu'il y ait des surprises de ce coté (sujet extrêmement difficile).

[Futura001]

Salut,

Donc la réponse est non )
C'est justement les cas aux limites qui me semblent les plus intéressants pour essayer de comprendre la nature des choses.
Si il y a concentration des Higgs aux abords d'un trou noir, c'est qu'ils ont une masse ou alors c'est du à la déformation de l'espace temps , ou les deux -avec ou sans lien ?- ?

J'aurais aussi voulu savoir si il existe un médiateur pour le champ magnétique, comme il existerait un graviton pour le champ gravitationnel ?

Merci

[Deedee81]

Si il y a concentration des Higgs aux abords d'un trou noir, c'est qu'ils ont une masse ou alors c'est du à la déformation de l'espace temps , ou les deux -avec ou sans lien ?- ?

Un trou noir doit rayonner des Higgs, tout comme il rayonne (en principe, on ne sait pas aller le vérifier) des neutrinos, des électrons, des positrons, etc... etc... (j'avais vu un article où ils donnaient les proportions, de mémoire 2/3 de neutrinos, 1/3 de photons, et un peu du reste.... il me semble qu'il y avait pas mal de graviton. Ces chiffres sont à confirmer de toute façon, je n'ai pas la mémoire des chiffres).

Ce n'est pas directement lié à la masse (le Higgs a une masse : 125 Gev environ) sauf qu'une particule massive est beaucoup moins rayonnée.

Mais à l'extérieur on ne verrait pas de Higgs car celui-ci est très instable, il se désintègre très très vite.

J'aurais aussi voulu savoir si il existe un médiateur pour le champ magnétique, comme il existerait un graviton pour le champ gravitationnel ?

Ben oui, c'est le photon !
(lumière = champ électromagnétique = champ électrique et magnétique les deux n'étant que deux facettes d'un seul et même champ = états excités de ce champ = photon).

[Futura001]

Re

Connait on la densité des Higgs, puisqu'il on une masse cela pourrait représenter un somme non négligeable ?
On aurait la même chose pour les photons ?

+ Sinon le champ de Higgs et similaire au champ électromagnétique avec 2 composantes ?

+ Pour le rayonnement des TN j'ai lu des choses qui me paraissent contradictoires ou alors qui s'ajoutent, n'y a til pas une histoire de paires à l'extérieur du TN que la gravité extrème dissocie ?
J'ai lu aussi une histoire de température du TN > température de l'univers qui empèche son "évaporation", mais dans tous les cas on est en milieu ouvert non ?


Merci

[Deedee81]

Salut,

Connait on la densité des Higgs, puisqu'il on une masse cela pourrait représenter un somme non négligeable ?

Dans l'espace intersidéral c'est 0 (trop instable). Et pour le rayonnement des trous noirs c'est peanuts (c'est beaucoup beaucoup plus faible que le rayonnement photon qui pour un TN est déjà tellement faible qu'on n'arriverait pas à le détecter même en allant se coller le nez à un trou noir).

On aurait la même chose pour les photons ?

Les photons, on les voit, c'est plus facile ? La densité des photons était majoritaire au début du big bang mais depuis longtemps (transition entre ère radiative et ère de matière, je ne me souviens plus de l'age de l'univers : après l'émission du rayonnement fossile en tout cas) on est passé à une période où ce rayonnement de photons est devenu négligeable (à cause du de l'expansion et du redshift).

Le rayonnement de neutrinos baignant l'univers est moins connu mais a pu être estimé : masse totale, au grand maximum 1 à 2 % de la masse manquante.

+ Sinon le champ de Higgs et similaire au champ électromagnétique avec 2 composantes ?

Non, le champ de Higgs est scalaire : une seule composante
(et un champ vectoriel a trois composantes mais le photon est particulier : il a une masse nulle, on n'a donc pas de composante longitudinale).

+ Pour le rayonnement des TN j'ai lu des choses qui me paraissent contradictoires ou alors qui s'ajoutent, n'y a til pas une histoire de paires à l'extérieur du TN que la gravité extrème dissocie ?

Oui, les paires créées temporairement par les fluctuations du vide : la particule d'énergie négative passe l'horizon et l'autre s'échappe (et là dessus elle n'est plus temporaire ).

J'ai lu aussi une histoire de température du TN > température de l'univers qui empèche son "évaporation", mais dans tous les cas on est en milieu ouvert non ?

Ca, ça ne me dit rien !

C'est l'inverse : température TN <<<< température univers. Il y a infiniment plus de matière et de rayonnement plongeant dans le trou noir (ne fut-ce que la lumière venant d'étoiles voisines ou le rayonnement fossile) que de rayonnement de Hawking qui sort (c'est très très très..... très très très faible, vraiment très faible). Donc, le trou noir continue à grossir (jusqu'à ce que l'univers soit assez vide pour que l'effet s'inverse).

Bonne fin de journée, à demain

[Futura001]

Salut,

Pour l'évaporation effectivement j'avais inversé, la température des TN étant proche du zéro absolu ->
"...La température a une influence majeure sur l’évaporation. En effet, tout comme un corps chaud n’émet de chaleur que placé dans un milieu plus froid, un trou noir ne peut s’évaporer que lorsque la température du milieu environnant est inférieure..."
"...les trous noirs actuels seraient encore baignés par le rayonnement fossile dont la température est de 2,7 degrés au-dessus du zéro absolu. Pour cette raison, aucun trou noir stellaire ou supermassif ne s’évapore à l’heure actuelle...." ->http://www.astronomes.com/lunivers/e...ion-trou-noir/

Sinon j'ai trouvé cet article très interessant - encore sur Futura - )
http://www.futura-sciences.com/magaz...-soleil-39947/

Ce qui me gène c'est qu'on a des champs de Higgs sans Higgs )

Merci
A demain

[Deedee81]

Salut,

Ce qui me gène c'est qu'on a des champs de Higgs sans Higgs )

On peut aussi avoir un champ électromagnétique sans photons (le fait qu'ici on leur donne un nom différent ne change rien).

Les particules qu'on peut observer (rayons lumineux, électrons venant percuter un écran, Higs se désintégrant dans le détecter CMS,...) ne sont que des excitations des champs. Et ces champs peuvent être dans leur état de base = état d'énergie minimale, sans particule observable. Et ces champs sont omniprésent. Mais une particule passant dans ce champ (par exemple un électron qui se déplace dans le champ EM vide de photon, ou un quark se déplaçant dans le champ de Higgs vide d'Higgs) peut encore interagir avec ce champ, leur passage provoquant une perturbation et l'apparition d'une nuage de particules virtuelles (ce qu'on appelle des "particules habillées", bien qu'une particule nue soit une vue de l'esprit, un objet théorique, car une particule est toujours habillée : c'est le véritable objet physique que nous observons).

Bon, j'ai vachement condensé là, j'espère que c'est clair

[Futura001]

Salut,

Merci l'explication est très claire, il peut donc y avoir une multitude de type de champs présent en différents point de l'univers.
Sinon, un champ dans son état de base ça veut dire un niveau d'energie non nul dans le vide ?
La matière noire est elle associée à un champ de matière noire ?

[Deedee81]

Sinon, un champ dans son état de base ça veut dire un niveau d'energie non nul dans le vide ?

L'état des base est le vide.

Question épineuse. Techniquement, l'énergie du vide est non nulle. Et on peut même en observer les variations (par exemple dans l'effet Casimir).

Pratiquement, comme on n'observe jamais que des variations d'énergie (par exemple l'émission d'un photon par un atome est la différence d'énergie entre l'état initial et l'état final), on peut choisir l'échelle d'énergie comme on veut. Généralement on pose l'énergie du vide égale à zéro. Et tant mieux car un calcul direct de l'énergie du vide donne.... l'infini !!!!

Bref, personne ne sait vraiment si cette énergie du vide a un sens et encore moins la calculer. Et c'est ennuyant car elle est en principe couplée à la gravité. Certains pensent qu'elle est à l'origine de l'énergie noire. Mais ce n'est qu'une hypothèse.

La matière noire est elle associée à un champ de matière noire ?

S'il s'agit bien de particules (exotiques) comme on le pense habituellement, alors oui. Par exemple, si ce sont des neutralinos (image supersymétrique du neutrino) il doit y avoir un champ de neutralino. Là aussi ça reste spéculatif.

[Futura001]

Hello

Un lien / neutrinos
http://www.canal-u.tv/video/universi...prenantes.1393

le site à l'air pas mal...

A+

[Deedee81]

Je ne sais pas regarder des vidéos ici.

Mais je connais l'émission pour en avoir regardé beaucoup à l'époque où je regardais encore la télé. C'est une excellente émission. Vraiment excellente.

[Zefram Cochrane]

Oui, les paires créées temporairement par les fluctuations du vide : la particule d'énergie négative passe l'horizon et l'autre s'échappe (et là dessus elle n'est plus temporaire ).

Bonjour,
pourquoi n'est pas l'inverse?
Cordialement,
Zefram

[Deedee81]

pourquoi n'est pas l'inverse?

Tiens, je ne suis donc pas le seul à m'être posé la question

J'ai beaucoup potassé la théorie sur le sujet depuis. Le fait que la composante négative est absorbée et la positive émise (en partie en fait) est assez claire dans les calculs. Mais je ne sais pas comment vulgariser ça. Peut-être si je maitrisais mieux le sujet. Mais j'ai lu les livres (les grands classiques Birrel et Davies, Wald, Parker et Toms) une seule fois. Et clairement pour vraiment maitriser le sujet, il faut les lire plusieurs fois (En tout cas pour moi) et chipoter un peu avec : calculs, exercices,... Ce que je n'ai pas encore eut le temps de faire. C'est lié à la courbure de l'espace-temps et à l'équation d'onde (quantique), c'est tout ce que je peux dire.

Mes tentatives d'utiliser une vulgarisation différente, pour éviter ce genre de question, ce sont avérées foireuses après approfondissement. Donc, je préfère éviter avant d'être sûr (ou de voir quelqu'un d'autre mieux l'expliquer que moi )

J'ai même lu qu'il existait une conjecture (vérifiée dans plusieurs cas mais non prouvée) selon laquelle il serait impossible de produire un flux exploitable et continu de particules d'énergie négative.

[Futura001]

Hello

en fait sur wiki j'ai trouvé :
"De plus, un phénomène de type création de paires particules-antiparticules dans le voisinage du trou noir aura tendance à fabriquer des paires dont celles ayant une charge électrique opposée à celle du trou noir étant absorbées par celui-ci, et les autres étant repoussées par son champ électrique."

Donc ça dépend de la charge du TN non ? et uniquement pour le TN ayant une charge non ?

PS tjs Wiki :
"L'étude des trous noirs indique que ces objets sont décrits par seulement trois paramètres (voir Théorème de calvitie): la masse M, la charge électrique Q et le moment cinétique L. En l'absence de moment cinétique, un trou noir est parfaitement sphérique, mais s'il possède un moment cinétique, il prend une forme légèrement aplatie. Ainsi, le paramètre pertinent décrivant la structure d'un trou noir n'est pas son rayon, mais sa surface (c'est-à-dire la surface de l'horizon des événements qui caractérise le trou noir). Il existe donc une relation liant l'aire d'un trou noir A aux trois paramètres mentionnés."

http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermod...es_trous_noirs