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Boson

  1. giwot

    Date d'inscription
    avril 2009
    Âge
    68
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    52

    Boson

    Bonjour,
    Je me pose une question depuis longtemps sans avoir trouvé de véritable réponse,
    La différence entre un fermion et un boson est le spin.
    Pourrait-on envisager de dire que la différence est aussi que le boson influence le fermion pour le contraindre à créer des éléments plus complexe ?
    Par exemple les quarks sont influencés par les gluons pour former les neutrons, ou l’électron et influencé par le photon pour changer de couche, ou même les bosons peuvent influencer les neutrons pour qu’ils deviennent de protons. Enfin on détecte le boson de Higgs, par l’influence qu’il a sur son entourage, sans réellement le voir.
    J’ai pris le mot influencer de manière arbitraire pour ne pas entrer dans les détail d’une physique où les équations répondent à ces questions.
    Merci de votre réponse.

    -----

     


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  2. Quarkonium

    Date d'inscription
    janvier 2016
    Localisation
    Orsay
    Messages
    149

    Re : boson

    Salut,

    En théorie quantique des champs, chacune des trois interactions fondamentales (la gravité étant exclue) est représentée par l'échange d'une particule vecteur de l'interaction. Pour l'interaction forte il s'agit du gluon, pour l'interaction EM du photon, et pour l'interaction faible des bosons W+,W-,Z0. Tu as donc bien intuité : les vecteurs des interactions fondamentales sont tous des bosons (appelés bosons de jauge). On peut même rajouter que ce sont tous des bosons de spin égal à 1.

    Il semblerait qu'il soit nécessaire que la particule de jauge ait un spin entier non nul afin de garder une théorie renormalisable (c'est-à-dire dans laquelle on peut se débarrasser des infinis rencontrés dans les calculs, qui ne peuvent pas décrire une vraie physique). Or le théorème de connexion spin-statistique nous dit qu'une particule de spin entier est un boson.
    Mais il semblerait également que les petits malins de la supersymétrie ont trouvé un moyen de décrire des fermions de spin 1, qui pourraient donc servir de vecteurs à une interaction encore hypothétique. Je laisse les experts du domaine nous éclairer sur ce point.

    Toujours est-il que, pour le moment, les seules particules de jauge que nous observons sont bien des bosons de spin 1. Pour ce qui est de la gravité, les tentatives de la décrire de façon quantique penchent pour un boson de jauge appelé graviton, qui serait de spin égal à 2.
     

  3. 0577

    Date d'inscription
    avril 2012
    Messages
    356

    Re : Boson

    Bonjour,

    Or le théorème de connexion spin-statistique nous dit qu'une particule de spin entier est un boson.
    Mais il semblerait également que les petits malins de la supersymétrie ont trouvé un moyen de décrire des fermions de spin 1, qui pourraient donc servir de vecteurs à une interaction encore hypothétique.
    Le théorème spin-statistique nous dit bien qu'une particule de spin entier est un boson (au sens statistique) et la supersymétrie ne change rien à cela.
     

  4. giwot

    Date d'inscription
    avril 2009
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    68
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    52

    Re : Boson

    Tout d’abord, merci de vos réponses.
    Alors serais-je dans le vrai si je considérais les bosons et les fermions comme faisant partis deux mondes bien distincts.
    Les fermions seraient les particules du monde concret, palpable.
    Les bosons eux ne seraient qu’influence et message, liant les éléments du premier monde.
    Le photon par exemple, ne peut être vu en tant que tel. Cependant les cônes à la surface de la rétine, sont capables de les détecter et de les interpréter. Ils subissent leur influence sans véritablement les voir.
    Le photon nous révèle l’objet sans que nous puissions réellement le voir. Nous ne voyons que les photons qui on ricochés sur l’objet, mais pas l’objet lui-même.
    On donne le nom de particule aux fermions et aux bosons comme faisant parti de la même catégorie. Ne devrait-on pas les différencier ?
    Le mot particule représente plus l’élément de base qui compose des éléments plus complexe. Le boson vu plutôt comme un lien dans l’exemple du gluon ne semble pas être l’élément d’une particule plus complexe, mais ce qui cimente les élements de base d’une partie plus complexe.
    Suis aux antipodes de la vérité ?
     

  5. Deedee81

    Date d'inscription
    octobre 2007
    Localisation
    Courcelles - Belgique
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    Re : Boson

    Salut,

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Alors serais-je dans le vrai si je considérais les bosons et les fermions comme faisant partis deux mondes bien distincts.
    Les fermions seraient les particules du monde concret, palpable.
    Les bosons eux ne seraient qu’influence et message, liant les éléments du premier monde.
    C'est souvent ce qu'on dit :
    - les fermions sont la matière.
    - les bosons véhiculent les interactions.
    Bien que ce ne soit pas tout à fait correct, voir ci-dessous.

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Suis aux antipodes de la vérité ?
    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.
    Dernière modification par Deedee81 ; 12/09/2017 à 07h54.
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)
     


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  6. giwot

    Date d'inscription
    avril 2009
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    Re : Boson

    Merci beaucoup de cette réponse nuancée.
    Le but pour moi n’étant pas de bousculer le vocabulaire établi, mais de comprendre le fond des choses.
    Je reviens sur cette remarque : corpuscule particule.
    Lorsque l’on cherche la définition de chaque terme, ils se rejoignent souvent :
    Futura santé " Corpuscule " est le terme qui désigne toute masse, corps ou particule de très petite taille.
    Larousse " " en physique synonyme désuet de particule ».

    Il semble donc qu’en physique quantique le terme particule ait une signification bien précise qui le différencie de corpuscule, j’ai même vu l’apellation « onde-corpuscule » qui semble détonner face à votre remarque.
    Un corpuscule serait plutôt le plus petit morceau de matière comme l’atome pressenti par les grecs et formé de particules ?
    Quelle différence faite-vous entre ces deux termes ?
    Les particules désignent donc les fermions et les bosons sans distinction. Les physiciens ont-ils envisagé une classification différente du spin ?
    Votre réponse m’a fait avancer et je rebondi sur votre dernière remarque sur l’atome d’hydrogène. Ici le spin entier est le critère de base ?
    Une dernière question, la dualité onde-particule peut-elle s’appliquer à certain fermion ?
     

  7. Deedee81

    Date d'inscription
    octobre 2007
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    Courcelles - Belgique
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    Re : Boson

    Salut,

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Il semble donc qu’en physique quantique le terme particule ait une signification bien précise qui le différencie de corpuscule, j’ai même vu l’apellation « onde-corpuscule » qui semble détonner face à votre remarque.
    En effet. Certains ont essayé d'imposer d'autres mots comme quanta (pas mal utilisé) ou ondicule (pratiquement disparu). Mais sans grand succès.

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Quelle différence faite-vous entre ces deux termes ?
    Pour moi un corpuscule est un objet classique, petit, bien délimité en taille, forme et position.

    Tandis qu'une particule (quantique) est très différente. Par exemple, un photon ou même un électron dans un état d'énergie bien définie (longueur d'onde bien définie) est une onde monochromatique, donc d'extension infinie et de durée éternelle (c'est évidemment une idéalisation, la longueur d'onde n'est jamais strictement bien définie, mais le "paquet d'ondes" peut être très très dispersé). C'est donc loin d'être toujours "petit". Par contre, les interactions sont toujours ponctuelles (pour des particules élémentaires, non composites), ce qui ajoute à la confusion. Mais il serait faux de croire que la particule est ponctuelle mais simplement de position mal connue. Ca, ça été invalidé depuis longtemps (théorème de Bell et expériences de Aspect ou plus récemment du groupe Zeilinger).

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Les particules désignent donc les fermions et les bosons sans distinction. Les physiciens ont-ils envisagé une classification différente du spin ?
    Il y a une classification plus riche. Le spin S des particules peut-être demi-entier (0, 1/2, 1, 3/2, etc...) et l'état de spin (mesuré dans une direction donnée) peut varier de -S à +S par unité.
    Par exemple le spin de l'électron peut être -1/2 ou +1/2 (fois hbar si on parle du moment angulaire).
    Le méson pi (un boson) a un spin de 0.
    Le photon a un spin de 1 (dont l'état de spin peut-être -1 ou +1, l'absence de l'état de valeur 0 vient du fait qu'il est sans masse et de la relativité, ça correspond à l'absence d'onde longitudinale en électromagnétisme).
    L'hélium 4 a un spin de 0 (sauf dans les états excités), et l'hélium 3 lui est un fermion (spin 1/2 ? A confirmer)

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Ici le spin entier est le critère de base ?
    Oui.
    Pour reprendre mon exemple ci-dessus, on peut "facilement" obtenir un superfluide avec de l'hélium 4 (effet analogue à l'effet laser ou la supraconductivité, tous les atomes se mettent dans le même état quantique). Car c'est un boson (et il a la gentillesse de rester liquide même au zéro absolu). Avec l'hélium 3 il faut encore plus refroidir, et c'est peu de le dire (l'effet est alors obtenu par un appariement de deux atomes, deux fermions ensemble donnant toujours un boson, comme les paires de Cooper dans la supraconductivité).

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Une dernière question, la dualité onde-particule peut-elle s’appliquer à certain fermion ?
    A tous. La dualité onde-corpuscule est universelle (en mécanique quantique).
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)
     

  8. giwot

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    Re : Boson

    Bonjour et merci encore de votre réponse.
    Si je comprends bien un corpuscule est plutôt de la nature d’une nanoparticule, alors qu’il est composé de particules.
    Pour :
    « Tandis qu'une particule (quantique) est très différente. Par exemple, un photon ou même un électron dans un état d'énergie bien définie (longueur d'onde bien définie) est une onde monochromatique, donc d'extension infinie et de durée éternelle (c'est évidemment une idéalisation, la longueur d'onde n'est jamais strictement bien définie, mais le "paquet d'ondes" peut être très très dispersé). C'est donc loin d'être toujours "petit". Par contre, les interactions sont toujours ponctuelles (pour des particules élémentaires, non composites), ce qui ajoute à la confusion. Mais il serait faux de croire que la particule est ponctuelle mais simplement de position mal connue. Ca, ça été invalidé depuis longtemps (théorème de Bell et expériences de Aspect ou plus récemment du groupe Zeilinger). »

    Lorsque vous dite « extension infinie » , est-ce le terme mathématique, ou le sens littéral du terme qui veut dire que l’extension de l’onde est infini.
    Pour le photon je comprends que ce dernier peut traverser l’univers pour nous faire connaitre l’existence de certaines étoiles, mais pour l’électron ?
    Lorsque vous parlez de « paquet d’onde », cela s’applique à un photon par rapport à son assimilation à « un paquet d’énergie », ou à plusieurs ?
    Cela est-il vrai également pour l’électron ?
     

  9. Deedee81

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    Re : Boson

    Salut,

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Si je comprends bien un corpuscule est plutôt de la nature d’une nanoparticule, alors qu’il est composé de particules.
    En pratique oui. Bien que je voyais ça plutôt comme "corpuscule = décrit par la physique classique".
    Après tout, en mécanique quantique, même une table de cuisine est ondulatoire !!! (mais en pratique, la décohérence quantique empêche d'avoir des trucs bizarres comme une table qui serait à deux endroits à la fois. Mais bon, n'entrons pas dans les complications. Voir aussi plus bas avec la longueur d'onde).

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Lorsque vous dite « extension infinie » , est-ce le terme mathématique, ou le sens littéral du terme qui veut dire que l’extension de l’onde est infini.
    Le sens littéral. Mais comme je disais, c'est une idéalisation. Un exemple, même en électromagnétique classique on parle d'ondes monochromatiques et d'ondes planes qui, stricto sensus, remplissent tout l'univers. C'est évidemment une absurdité. En pratique l'onde est toujours limitée dans le temps et l'espace, mais on bypass souvent ces "petites complications techniques". Un laser, par exemple, même monochromatique, émet des "trains d'ondes" relativement courts (en fait il n'est alors pas strictement monochromatique, mais presque).

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Pour le photon je comprends que ce dernier peut traverser l’univers pour nous faire connaitre l’existence de certaines étoiles, mais pour l’électron ?
    Les électrons aussi peuvent venir de loin. Les rayons cosmiques sont constitués essentiellement d'électrons et de protons.

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Lorsque vous parlez de « paquet d’onde », cela s’applique à un photon par rapport à son assimilation à « un paquet d’énergie », ou à plusieurs ?
    Les deux sont possibles mais ici je l'appliquais à un seul photon.

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Cela est-il vrai également pour l’électron ?
    Oui, ainsi que pour les atomes et les tables de cuisine.

    Mais à nouveau pour de "gros objets" l'aspect ondulatoire est presque toujours (*) impossible à détecter. Un exemple : je suppose que tu connais l'expérience de Young avec ses franges d'interférences. Si on fait l'expérience avec des balles de fusil (exemple pris dans le cours de Feynman de mécanique quantique), leur longueur d'onde est si courte que les franges d'interférences sont ultra hyper méga serrées, à tel point qu'on ne saurait même pas les mesurer, et les impacts des balles se répartissent selon une courbe en cloche tout à fait classique.

    (*) Exceptions macroscopiques : superfluides, supraconducteurs, condensat de Bose-Einstein.
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)
     

  10. giwot

    Date d'inscription
    avril 2009
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    Re : Boson

    Bonjour,
    J’apprécie beaucoup cette discussion.
    Si je comprends bien, la notion onde-particule s’applique à toutes les particules, fermions ou bosons, et par extension à tout ce qui est composé de ses particules ?
    Cela sans exclusion ?

    « Oui, ainsi que pour les atomes et les tables de cuisine.
    Mais à nouveau pour de "gros objets" l'aspect ondulatoire est presque toujours (*) impossible à détecter. «

    Pour ce qui du domaine macroscopique, peut-on considérer que cette table de cuisine est à plusieurs endroits à la fois et que les photons nous envoient une image ponctuelle, nous donnant l’impression qu’elle est toujours au même endroit ?
    Et que lorsque nous touchons cette table, étant comme elle à plusieurs endroits à la fois, le contact ponctuel nous semble unique ?
    Pour ce qui est de la fente young :
    « Un exemple : je suppose que tu connais l'expérience de Young avec ses franges d'interférences. Si on fait l'expérience avec des balles de fusil (exemple pris dans le cours de Feynman de mécanique quantique), leur longueur d'onde est si courte que les franges d'interférences sont ultra hyper méga serrées, à tel point qu'on ne saurait même pas les mesurer, et les impacts des balles se répartissent selon une courbe en cloche tout à fait classique. »

    si l’on faisait cette expérience sur des distances bien plus grande « année lumière » retrouve-t-on les effets de la fente de young ?
    Merci encore.
     

  11. Deedee81

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    Re : Boson

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Si je comprends bien, la notion onde-particule s’applique à toutes les particules, fermions ou bosons, et par extension à tout ce qui est composé de ses particules ?
    Cela sans exclusion ?
    Oui.

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Pour ce qui du domaine macroscopique, peut-on considérer que cette table de cuisine est à plusieurs endroits à la fois et que les photons nous envoient une image ponctuelle, nous donnant l’impression qu’elle est toujours au même endroit ?
    Et que lorsque nous touchons cette table, étant comme elle à plusieurs endroits à la fois, le contact ponctuel nous semble unique ?
    Non, elle est vraiment à un seul endroit (bien qu'il y a une question d'interprétation de la MQ là derrière, mais c'est déjà assez compliqué comme ça).
    La décohérence quantique transforme les états quantiques en mélanges statistiques (donc au lieu d'avoir des objets dans des états quantiques superposés, on a des objets à des endroits bien précis mais pas toujours connus, du moins tant qu'on ne l'a pas mesuré). On dit parfois que la décohérence quantique permet l'apparition de la classicalité (*)

    (*) Deux choses : le mot classicalité est traduit de l'anglais et je ne connais pas l'équivalent correct en français.
    Ensuite, il n'y a pas que la décohérence qui intervient dans le passage "du quantique au classique". Il faut tenir compte aussi des grandes tailles (les incertitudes quantiques, comme celles de Heisenberg, deviennent négligeables), des grands nombres (effets statistiques) et de l'optique géométrique (on est généralement dans les conditions ou une particule peut suivre une trajectoire bien définie même si c'est une onde).

    Il est étonnant de voir à quel point c'est si compliqué.

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Pour ce qui est de la fente young :
    si l’on faisait cette expérience sur des distances bien plus grande « année lumière » retrouve-t-on les effets de la fente de young ?
    En principe oui. Mais il est clair que personne n'a jamais fait l'expérience (c'est pour ça que j'ai souligné "en principe"). Et pire que ça, il y a tellement de perturbations sur le trajet que cela effacerait toute interférence (même le rayonnement fossile serait suffisant pour altérer l'état quantique des balles de fusil).

    Par contre, l'interférométrie longue base en astronomie, montre que la lumière conserve suffisamment sa phase. C'est pas vraiment Young mais c'est dans le même goût.
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)
     

  12. giwot

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    Re : Boson

    Bonsoir,
    Je continue cette discussion fructueuse en changeant presque de sujet.
    Je reste dans le domaine des ondes et j’ai pu lire, voir et entendre parler des ondes scalaire découvertes par Tesla, qui auraient comme support les neutrinos.
    Cela semble passablement controversé, mais le nom de Tesla semble apporter une légitimité.
    J’aurais aimé savoir ce que tu en penses, car il est très difficile de faire le tri de toutes ces informations si abondantes qu’elles finissent par se télescoper.
    Personnellement j’ai plutôt une formation médicale et je ne suis pas à même de faire ce tri.
    Merci encore pour toutes ces réponses.
     

  13. Deedee81

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    Re : Boson

    Salut,

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Je reste dans le domaine des ondes et j’ai pu lire, voir et entendre parler des ondes scalaire découvertes par Tesla
    Attention, on rencontre énormément d'âneries à propos de Tesla. Lui-même, tout grand homme qu'il faut, est devenu sénile sur la fin de sa vie et a lâché les trucs les plus absurdes qui, évidemment, sont repris en boucle sur certains sites internet. Il faut se méfier fortement.

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    qui auraient comme support les neutrinos.
    Les neutrinos ne sont pas scalaires, le spin est 1/2 comme les électrons (alors qu'un champ scalaire a un spin 0).

    Par contre, le champ de Higgs (dont la confirmation est très récente) est bien scalaire.
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)
     

  14. giwot

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    Re : Boson

    Bonsoir,
    Après une mise à jour Windows pour le moins dévastatrice, je reviens à la discussion.
    J’ai pu voir que l’expression ondes scalaire est placée en parallèle de la physique classique, alors que celle de champs scalaire est bien intégrée.
    Alors quelle est la différence, car avant de tomber sur le mot scalaire associé à ondes, le mot scalaire était pour moi strictement mathématique ?
    Une question que je me pose aussi, est comment détermine-t-on le spin d’une particule ?
    Par les calculs ou par constatation ?
    Merci encore de me permettre d’avancer dans un domaine que je ne maîtrise mal et qui dans la littérature du net est semé de tant d’embuches.
     

  15. Deedee81

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    Re : Boson

    Salut,

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Après une mise à jour Windows pour le moins dévastatrice, je reviens à la discussion.
    J’ai pu voir que l’expression ondes scalaire est placée en parallèle de la physique classique, alors que celle de champs scalaire est bien intégrée.
    Alors quelle est la différence, car avant de tomber sur le mot scalaire associé à ondes, le mot scalaire était pour moi strictement mathématique ?
    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).

    Un champ scalaire est un champ dont la grandeur est représentée par un simple nombre. Ainsi, la température en tout point d'une pièce n'est rien d'autre qu'un champ scalaire. Et on peut parfaitement avoir des ondes associées (on les appelle ondes de chaleur car il y a transmission d'énergie thermique).

    Par contre, au niveau quantique, on a un truc de plus : les excitations du champ sont quantifiées. Et ces excitations correspondent à des états "particules".
    On a donc des champ associés à chaque particule.
    Et pour les particules élémentaires (non composées d'autres particules), le seul champ scalaire connu est le champ de Higgs (mais il pourrait en exister des inconnus).

    Citation Envoyé par giwot Voir le message
    Une question que je me pose aussi, est comment détermine-t-on le spin d’une particule ?
    Par les calculs ou par constatation ?
    Par la constatation. Je ne suis pas expérimentateur mais je connais deux moyens :
    - Si la particule a une charge électrique, alors son moment angulaire (son état de spin) correspond à un moment magnétique. En les faisant passer dans un appareil de Stern-Gerlach (des aimants avec un fort gradient magnétique) le faisceau de particule se sépare en n faisceaux (les n états quantifiés du spin selon l'axe vertical de l'appareil), ce qui donne le spin.
    - Le moment angulaire total est conservé. Par conséquent dans des collisions, en mesurant l'état de particules connues avec un spin connu, on peut déterminer l'état de spin de telle ou telle particule. Le calcul n'est pas facile (la composition des spins/moments angulaires est particulièrement compliqué et fait appel aux coefficients de Clebsh-Gordan).
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)
     


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