Boson

[azizovsky]

Oui mais pourquoi « elle gagne en masse » ?
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Bonjour, la masse est un invariant, pour simplifier les choses, on suppose quand va traverser un 'champ de pluie', pendant un certain laps de temps t, on va recueillir 1kg=m d'eau, si on fait la même chose pendant un tems t(1)<t, m(1)<m, plus la vitesse est grande, moins d'eau recueillie (analogie avec l'impulsion communiquer par le champ), si à la limite v=c la vitesse des gouttelettes (particules virtuelles (pv) du champ) et on est en 'co-movuement' avec les pv du 'champ de pluie', m(v=c)=0, càd, il n'y a pas d'impulsion communiquer par le champ à la particule, c'est comme l'inertie est infinie , c'est une question de dilatation du temps...
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[viiksu]

Chaque point du champ prend une valeur. cette valeur est due à une mesure. La plus petite chose que l’on peut mesurer est une particule. Cette particule est une perturbation d’un champ. Le champ est fait de perturbation de champ que sont les particules qui donne des valeur à chaque point de ce champ.
Donc un champ est fait de champ.
Est-ce un sophisme ??

Imagine un champ comme une forêt clairsemée des arbres sont plantés ça et là ce sont les particules. Là ou il n'y a pas d'arbre le champ est dit à son niveau d'énergie basse. Chaque type de particule à son propre champ en plus il y a le champ de Higgs comme le dit resartus, pour simplifier on peut dire que le champ de Higgs en freinant plus ou moins une particule lui donne plus ou moins de masse, le photon qui n'interagit pas avec le champ de Higgs à une masse nulle.

[Deedee81]

Salut,

Vous vous être déchainés ce week-end Je regaderai ça plus attentivement dans une semaine. Je pars pour Paris. A bientôt

[giwot]

Bonjour,
Tout d’abord, merci pour vos réponses, elles me font rebondir dans mes recherches.
J’ai lu et écouté de nombreuses choses ces derniers jours et je voulais en vérifier la véracité.
Il semblerait que ce que l’on appelait le vide soit occupé par le champ scalaire de Higgs ?
Cela voudrait dire que le champ de Higgs est partout dans l’univers ??
Quand je dis partout, cela signifie aussi dans le vide qui sépare les électrons du noyau ??????
Il semblerait également que toutes les particules n’aient pas de masse, et que ce que l’on appelle la masse est une propriété secondaire liée à l’inertie provoqué par le champ de Higgs sur les particules ??
Cela ferait que certaines particules réagissent plus ou moins avec ce champ et dans le cas du photon, ce serait plutôt moins ce qui lui permettrait d’atteindre la vitesse de la lumière, ce qui ne serait pas le cas d’autres particules qui auraient une interaction plus ou moins forte avec le champ de Higgs ??
Enfin, je me pose la question de savoir de quel genre est cette perturbation qui crée la masse ??
Merci et à bientôt.

[viiksu]

Oui c'est tout à fait ça, le photon n'interagit pas du tout avec le champ de Higgs. Ce qui donne la masse c'est l’échange de bosons de Higgs entre la particule et le champ de Higgs. De même que l'échange de photons entre deux électrons crée la force qui les repoussent l'un de l'autre.

[giwot]

Bonjour et merci de cette réponse qui me trouble un peu.
Je reprend
Envoyé par Deedee 81 « Non, tu fais encore la même erreur : il n'y a pas des particules ET des champs. Il n'y a qu'une chose : les champs et on a collé l'étiquette particule aux variations/perturbations de ces champs. »
Envoyé par viiksu
« Oui c'est tout à fait ça, le photon n'interagit pas du tout avec le champ de Higgs. Ce qui donne la masse c'est l’échange de bosons de Higgs entre la particule et le champ de Higgs. De même que l'échange de photons entre deux électrons crée la force qui les repoussent l'un de l'autre ».

Si l’on dit que le boson de Higgs (particule) est une variation/perturbation de champ.
Que l’électron (par exemple) est une variation/perturbation de champ.
Je ne comprend pas : « l’échange de bosons de Higgs entre la particule et le champ de Higgs »
Si je traduis, c’est : l’échange d’une variation/perturbation de champ(boson de Higgs) entre une variation/perturbation de champ (particule) et le champ de Higgs ?????
On a le champ de Higgs, on a le champ de la particule, je comprend que deux champs interagissent entre-eux (même si je ne vois encore pas comment cela se passe).
Mais je ne vois pas pourquoi le champ de Higgs intervient deux fois ?
Merci.

[viiksu]

La particule absorbe et réemet un boson de Higgs c'est ce qui fait sa masse, plus elle répète ce mécanisme plus elle sera lourde.

[viiksu]

Je recommande cette vidéo en anglais hélas:

https://www.youtube.com/watch?v=JqNg819PiZY&t=3330s

Pour résumer le champ de Higgs est un condensat , c'est à dire qu'il peut absorber et émettre des particules sans changer d'état. Dans le modèle standard des particules de matière, celles-ci sont sans masse. Ceci pose un problème: si on prend l'électron qui change son spin entre droite et gauche au cours du temps,sans masse donc allant à la vitesse de la lumière il ne peut pas le faire car une particule allant à la vitesse de la lumière ne peut changer son état car son temps est nul hors toute transformation se fait dans le temps. Donc un électron à une masse comment l'acquière t'il : en échangeant des bosons de Higgs avec le champ de Higgs. Le champ de Higgs n'est pas équivalent au champs des particules par exemple le champ électro-magnétique est nul sauf en cas de présence d'un photon mais le champ de Higgs n'est pas nul dans le vide, il a un potentiel lui permettant d'échanger des bosons.

[viiksu]

PS: Ceci est à mon avis la plus parlante des explications pour comprendre le fond de l'histoire il faut se plonger dans le Lagrangien du modèle et les dérivées partielles seconde qui vont avec, car il y a un moment où c'est le formalisme qui guide le physicien.

[Deedee81]

Salut,

Désolé de mon absence, j'étais à Paris pour e boulot.

Mais je ne vois pas pourquoi le champ de Higgs intervient deux fois ?

C'est un problème général d'interaction entre champs. Tu as d'une part un champ, disons, celui de l'électron/positron. Et un autre champ : le champ électromagnétique (photons).
(comme exemple)
Ces deux champs sont couplés. Des perturbations dans l'un peut provoquer des perturbations dans l'autres.
Ainsi lorsque un électron et un positron (deux perturbations du premier champ) se rencontrent ils s'annihilent donnant des perturbations dans l'autre champ (des photons).

Prenons ensuite deux électrons éloigné. Ils vont se repousser en échangeant des photons. Cela se produit car :
- comme ci-dessus les deux champs sont couplés
- A cause du principe d'incertitude, des fluctuations peuvent se produire dans le champ électromagnétique, des photons virtuels peuvent apparaitre brièvement (fluctuations du vide) sous forme d'échange entre les deux électrons

On a la même chose avec le Higgs. Pas besoin d'une "double intervention" du champ. Si ce n'est que le Higgs étant extrêmement massif et très instable (à cause de son couplage à pleins de champs et sa masse élevée) on ne l'observe pas facilement à l'état libre (comme les photons dans mon premier exemple). Par contre il intervient sous forme de particule virtuelle (comme les photons de mon deuxième exemple). Et cette interaction donne leur masse aux particules élémentaires (les particules composites ont d'autres contributions, pour le proton, le Higgs n'intervient que dans quelques pour cent de la masse).

[viiksu]

Merci Deedee ces précisions me parlent mais j'avoue que l'effort intellectuel pour y comprendre quelque chose n'est pas anodin.

[Deedee81]

Merci Deedee ces précisions me parlent mais j'avoue que l'effort intellectuel pour y comprendre quelque chose n'est pas anodin.

L'électrodynamique quantique (et le reste) et l'électromagnétisme (Maxwell) c'est un siècle de travaux entre les deux. Très pointus, de centaines de théoriciens. Si c'était facile, ça se saurait

[giwot]

Bonjour,
Merci beaucoup de cette réponse, qui aiguise de plus en plus ma curiosité.
J’ai l’impression de comprendre et en même temps le sentiment de ne pas réellement comprendre.
J’ai donc besoin de nouvelles réponses.
Deedee 81
« Bon, d'abord champ est onde n'ont rien de spécialement magique ou quantique. Un champ est juste une grandeur physique qui prend une valeur en tout point et tout instant d'un domaine donné.
Et une onde est une variation périodique d'un champ et qui se propage (sauf les ondes stationnaires). »
Deedee 81
« C'est un problème général d'interaction entre champs. Tu as d'une part un champ, disons, celui de l'électron/positron. Et un autre champ : le champ électromagnétique (photons).
(comme exemple)
Ces deux champs sont couplés. Des perturbations dans l'un peut provoquer des perturbations dans l'autres.
Ainsi lorsque un électron et un positron (deux perturbations du premier champ) se rencontrent ils s'annihilent donnant des perturbations dans l'autre champ (des photons). »

Est-ce qu’il existe des champs qui ne peuvent pas être couplé ?
Ici on a deux champs couplés, est-ce que cela veut dire qu’un point de l’espace peut être représenté par deux valeurs (l’une du premier champ et l’autre du deuxième) ??
Et de ce fait tout point de l’espace peut contenir les différentes valeurs de tous les champs qu’y s’y trouvent ??
Ou est-ce uniquement cela si les champs sont couplés ??
Lorsqu’une perturbation d’un champ a lieu à un endroit précis, peut-il y avoir à ce même endroit une perturbation d’un autre champ au même moment ?
Si l’on prend l’exemple de deux photons, est-ce qu’il ont chacun leur propre champ ou est-ce qu’il y a un champ bien précis pour tous les photons et de même pour toutes les particules ??
Merci encore pour toutes ces réponses.

[Deedee81]

Salut,

Est-ce qu’il existe des champs qui ne peuvent pas être couplé ?

Si c'était le cas, ils seraient indétectables. Et donc on ne pourrait scientifiquement rien en dire.

A noter que le couplage peut être très faible. Ainsi les neutrinos ne se couplent que par l'interaction faible (et la gravité) avec les autres particules.
Et la matière noire, pour peu que ce soit vraiment de la matière, ne se couple (probablement) que par la gravité (la plus faible des quatre interactions fondamentale).

Ici on a deux champs couplés, est-ce que cela veut dire qu’un point de l’espace peut être représenté par deux valeurs (l’une du premier champ et l’autre du deuxième) ??
Et de ce fait tout point de l’espace peut contenir les différentes valeurs de tous les champs qu’y s’y trouvent ??

Oui. La valeur du champ (et ici on en a plusieurs) ou comme on dit aussi de la fonction d'onde, parfois un simple nombre (complexe), parfois un spineur, un tenseur. Ou parfois des représentations encore plus complexes
(les systèmes à nombre de particules variables est représenté par un espace de Fock, c'est un peu différent des représentations classiques des ondes/champs)

Ou est-ce uniquement cela si les champs sont couplés ??

Non, pas seulement. Le couplage n'intervient que dans les équations qui décrivent la dynamique de ces champs (le lagrangien, si tu connais, contient un terme de couplage).

Lorsqu’une perturbation d’un champ a lieu à un endroit précis, peut-il y avoir à ce même endroit une perturbation d’un autre champ au même moment ?

Oui.

Si l’on prend l’exemple de deux photons, est-ce qu’il ont chacun leur propre champ ou est-ce qu’il y a un champ bien précis pour tous les photons et de même pour toutes les particules ??

Si on a deux photons, c'est une "double excitation" du même champ (le champ électromagnétique).

On a un champ par particule de nature différente. Mais on peut aussi parfois unifier ces champs en un seul. Ce n'est jamais aussi simple qu'on le voudrait.

Ainsi, le champ électrique et le champ magnétique sont les deux facettes du champ électromagnétique.

On peut aussi unifier électrons et neutrino (et antiparticules) d'un coté (champ de Dirac), et champ électromagnétique et des bosons W et Z de l'autre, donnant le champ électrofaible.

Mieux encore : si tu regardes le champ de Dirac, seul, il est invariant sous une symétrie globale notée SU(1) (global = si on fait une transformation identique en tout point de l'espace et du temps).
Mais global c'est "anti-relativiste", la relativité est locale. Malheureusement les équations ne sont pas invariantes sous une transformation locale.
Question : peut-on modifier l'équation pour que, sous une transformation locale, elle soit invariante.
Réponse : oui, et il y a une seule manière de le faire !!! Il faut ajouter un champ qui s'avère être le champ électromagnétique (ou électrofaible) avec le bon couplage !!!! Magique.
On peut donc dire que le champ électromagnétique n'est que la conséquence du champ de Dirac et de la relativité !!!!

On ne sait pas faire cette unification pour l'interaction forte (ce n'est pas faute d'avoir cherché) et encore moins avec la gravitation, sauf peut-être en théorie des cordes si la théorie s'avère bonne (on ne sait pas encore).

[viiksu]

En fait pour un champ donné toutes les "particules" qui sont issues sont de même nature et non distinguables (charge, masse) pour certaines propriétés, pour d'autres je ne sais pas polarisation d'un photon, spin d'un électron?

[Deedee81]

Salut,

Oui, avec le spin on peut distinguer éventuellement les particules (ça dépend de la valeur de leur spin).

De plus, le comportement statistique (à cause de ce caractère non distinguable =on dit indiscernable) diffère selon que ce sont des fermions ou des bosons (c'est-à-dire selon que le spin est demi-entier ou entier, mais le lien n'est pas simple, c'est le théorème spin-statistique).

[giwot]

Bonjour,

Merci de répondre point par point à mon questionnement, cela m’aide beaucoup.
Cependant la notion de champ continue à comporter un flou dans mon esprit.
Alors voilà mes nouvelles questions :
Pourrait-on dire que l’univers est un ensemble de champs qui contient tous les champs. Que les perturbations de ces champs sont des particules qui se comportent comme des ondes de perturbation de ces champs. Que ces ondes ont une durée de vie allant de très courte à l’infini. Que l’endroit où l’on voit l’onde, c’est l’endroit de la perturbation et donc l’endroit où se trouve la particule ?
Mais est-ce que l’on pourrait dire que derrière chaque perturbation du champ existe un phénomène qui est dû à un perturbateur et que ce perturbateur que l’on ne peut voir est la particule elle-même qui ne peut être vue et que seule son influence peut être vu ????
Merci encore.

[viiksu]

Oui l'univers est un ensemble de champs de particules. Exact pour les durées de vie on n'a jamais vu un proton se désintégrer. Une particule est une excitation du champ et elle est localisable avec une certaine incertitude. Il n'y a pas de 'perturbateur' la plupart des particules sont nées la première seconde de l'univers.

[giwot]

bonjour,
Pourtant Deedee 81 dit:
« Non, tu fais encore la même erreur : il n'y a pas des particules ET des champs. Il n'y a qu'une chose : les champs et on a collé l'étiquette particule aux variations/perturbations de ces champs. »
merci

[Deedee81]

Salut,

Je maintiens. Je suis d'accord avec ce que dit Viiksu, sauf la dernière phrase que je n'ai pas bien compris.

Viiksu, je crois qu'il y a maldonne, giwot s'interroge sur les particules, les champs, les ondes, les bosons, etc.... Pas sur le big bang.

[viiksu]

Bonjour,
Que ces ondes ont une durée de vie allant de très courte à l’infini.
Merci encore.

C'était pour répondre à ça : certaines particules semblent éternelles depuis le BigBang d'autres exotiques comme le muon ont des durées de vie très courtes.

[giwot]

Bonjour,

Viiksu dit:
« Une particule est une excitation du champ et elle est localisable avec une certaine incertitude. »

Cela veut dire que l’on ne peut pas réellement localiser cette excitation du champ ?

Alors que voit-on lorsque l’on voit réellement cette excitation ?

Merci.

[viiksu]

Bonjour,

Viiksu dit:
« Une particule est une excitation du champ et elle est localisable avec une certaine incertitude. »

Cela veut dire que l’on ne peut pas réellement localiser cette excitation du champ ?

Alors que voit-on lorsque l’on voit réellement cette excitation ?

Merci.

Ce n'est pas qu'on ne puisse pas localiser (ce n'est pas un problème de mesure ou d'instrument) , c'est qu'il n'y a pas de position extrêmement précise ce sont les lois de la mécanique quantique. Mais rassurons nous cette "imprécision" est très petite ce qui fait qu'au LHC on a quand même des trajectoires à notre échelle macroscopique.

[giwot]

Mais alors que voit-on exactement ?
Un courbe sur un écran, une trainée, un ensemble de points.
Enfin qu’est-ce qui permet de conclure à la présence d’un perturbation-particule ??
A quoi ça ressemble ?

[viiksu]

ça ressemble à ça.

[giwot]

Merci pour ce feu d'artifice

[giwot]

Bonjour,
Je relis le cours de cette discussion et de nouvelles questions pointent le bout de leur nez.
Alors après le feu d’artifice je reviens au questionnement.

Deedee81
"Non, tout ça est très juste. Mais il est clair qu'on ne va pas changer le nom de "particules" pour les bosons pour plusieurs raisons :
- d'abord parce qu'en dehors de leur spin, les bosons et les fermions partagent les mêmes propriétés. En particulier les comportements de "particules quantiques"
- il ne faut pas confondre particule et corpuscule
- on ne saurait pas changer les milliers d'articles et les milliers de livres dans le monde entier qui utilisent le mot "particule". Il existe bel et bien des bizarreries de vocabulaires (par exemple le Soleil est un assez bon corps noir ), mais on fait avec. Après tout, les noms, on s'en fout (un peu seulement, faut bien pouvoir s'exprimer ) et ce qui compte ce sont les mesures et les équations.
- l'atome d'hydrogène est un boson !!!! Et d'ailleurs beaucoup d'atomes sont des bosons. "

C’est vrai que dans l’absolu on se fout des noms, mais pour comprendre il nous faut bien des repères et quelquefois sans modifier tant d’article discuter autour d’un mot permet de mieux comprendre sa signification dans le contexte.
Donc le mot boson se particularise surtout par un spin entier.
Boson de jauge étant le terme consacré aux bosons qui sont les particules d’échange que pratiquent les fermions.
En réalité, le terme boson de jauge est différent de boson. Cela me permet de mieux comprendre.

Les bosons de jauge ne s’échangent pas de particule ??
Les bosons de jauge apparaissent et disparaissent sans cesse lors de perturbation des fermions (ex : l’électron qui change couche, le neutron qui devient un neutron) ?
Les fermions ne disparaissent que rarement ??
Disparaissent-ils vraiment ???
Merci

[Deedee81]

Salut,

Les bosons de jauge ne s’échangent pas de particule ??

Ca dépend lesquels. Les photons et Z0 non, ils sont sans charge.

Mais le bosons de jauge (de l'interaction faible) W (W+ et W-) peut échanger des photons car il a une charge électrique.

De même, le gluon (vecteur de l'interaction forte) porte une charge de couleur et peut donc s'échanger... des gluons !

Les bosons de jauge apparaissent et disparaissent sans cesse lors de perturbation des fermions (ex : l’électron qui change couche, le neutron qui devient un neutron) ?
Les fermions ne disparaissent que rarement ??
Disparaissent-ils vraiment ???

Pour les deux, même combats. On peut aussi bien avec des particules n'existant qu'un bref instant : des fluctuations du vide (dites virtuelles), que des particules existant plus longtemps (dites réelles, mais il faut éviter de faire une fixette sur "réel", le mot est assez mal choisi). C'est vrai à la fois des bosons que des fermions.

Mais étant donné la conservation de la charge, celle-ci ne disparait jamais. Ainsi, les électrons ne peuvent apparaitre comme fluctuations brève que s'ils sont accompagnés d'un positron. Ca se fait moins facilement que des fluctuations quantiques de photons (qui n'ont pas de charge et qui en plus sont sans masse, donc très peu d'énergie suffit).

Quand on calcule les corrections quantiques à la propagation du photon (ce qu'on appelle communément la polarisation du vide), on a des électrons virtuels, des positrons virtuels, des photons et même des muons etc...., tout un nuage de particules virtuelles accompagne chaque particule. (on est dans le domaine de la théorie quantique relativiste des champs, qui est un ordre de grandeur plus compliqué que la mécanique quantique).

Un autre exemple : l'interaction nucléaire entre protons et neutrons. Elle se fait par échange mésons, essentiellement des mésons pi (les plus légers). Or les mésons ne sont PAS des bosons de jauge ! Ce qui se passe est que l'interaction forte est due à l'échange de gluons. Ainsi, les quarks dans le proton s'échangent des gluons. Mais il y a le phénomène de confinement : on ne peut jamais observer un quark isolé ni un gluon isolé. Comme les protons et neutrons sont déjà assez gros, ils ne s'échangent donc pas de gluons qui seraient isolés pendant "la traversée". Donc ils s'échangent des trucs plus compliqués comme les mésons (composés d'un quark, d'un antiquark et pleins de gluons).

[giwot]

Merci de cette explication qui me pose alors question.
Les particules sont des perturbations de champ. Comment dans ce contexte se situe un atome, par rapport à ces mêmes champs ?

[Deedee81]

Merci de cette explication qui me pose alors question.
Les particules sont des perturbations de champ. Comment dans ce contexte se situe un atome, par rapport à ces mêmes champs ?

On peut le voir comme un paquet de petites perturbations (électrons, protons, neutrons) en interactions et liés ensembles.

Pour être exact, on ne sait pas décrire un atome avec la théorie quantique des champs. Pas parce que c'est impossible ou que ça ne marche pas. Non. C'est pour raison très prosaïque : les calculs sont trop compliqués. On utilise alors la théorie de Schrödinger (ou Dirac) avec éventuellement des corrections issues de la théorie quantique des champs (effet Lamb par exemple). La théorie quantique des champs c'est surtout pratique pour les collisions.

Et pour être encore plus précis, dès qu'on a deux électrons dans l'atome, on ne sait plus faire les calculs même avec Schrödinger (le problème est analogue au problème des trois corps en gravitation newtonienne. Même quand les équations sont simples les calculs peuvent être affreux). On utilise alors diverses méthodes d'approximation (méthode des variations, méthode des perturbation, technique du champ moyen, etc... etc...)