Amplitude des ondes éléctromagnétiques et photon

[pascal_dal]

Bonjour à tous,

Je suis tombé sur ce sujet (que je déterre pour l'occasion) car je cherchais une réponse à une question que je me posais.

En réalité celle-ci est un tout petit peu différente de celle du sujet, et je remercie Lari pour ses réponses précises et accessibles.
C'est une chose de répondre à la question posée, cela en est une autre d'être compréhensible par le plus grand nombre.

Revenons à nos moutons, ou plutôt à ma question :

Je crois savoir que le photon est le quanta d'énergie du rayonnement électromagnétique et son énergie dépend uniquement de sa longueur d'onde.

Mais du coup j'ai du mal à me représenter conceptuellement cette "vibration" du photon. Plus le photon "vibre rapidement" plus il est énergétique, est-ce ce qu'on appelle l'impulsion ?

Que représente alors l'amplitude de l'onde associée au photon ? elle ne représente pas l'énergie puisque celle-ci est associée à la fréquence ou longueur de l'onde.

=> ma réponse intuitive serait que cette amplitude est "fixe" puisqu'un photo est un quanta d'énergie et qu'on ne peut donc pas avoir une grandeur supplémentaire sur l'amplitude, mais du coup je trouve cette représentation via une onde un peu curieuse.

Pourtant la longueur d'onde du photon est directement associée à des propriétés physiques (en dehors de représenter la quantité d'énergie), par exemple un photon très énergétique va interagir avec son milieu plus facilement qu'un photon de basse énergie...

Pour faire simple : peut-on mesurer l'amplitude ou la phase de l'onde associée à un photon ? Ces valeurs existent elles tout simplement ?

Merci d'avance.
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[Deedee81]

Bonjour Pascal_dal,

Bienvenue sur Futura.

Déterrer un anciens fils n'est jamais une bonne idée. J'ai donc créé une nouvelle discussion, d'autant que ta question est relativement indépendante du fil d'origine.

J'y répondrai demain (je dois partir) à moins que quelqu'un soit intervenu d'ici là.

Bonne continuation parmi nous.

[pascal_dal]

Bonjour Deedee81,

Merci beaucoup pour ton intervention mais ne voyant pas mon message j'ai cru faire une fausse manip. Du coup j'ai créé également une nouvelle discussion en reformulant ma question. Je vais essayer d'en supprimer une des deux.

Au plaisir de te lire.

[phys4]

Pour faire simple : peut-on mesurer l'amplitude ou la phase de l'onde associée à un photon ? Ces valeurs existent elles tout simplement ?

Bonjour,
Alors essayons de faire simple : vous ne pouvez pas définir une amplitude ou une phase pour un photon. Ce qui est définissable est : son énergie et son impulsion.
A noter qu'il transporte effectivement une impulsion donnée par la source et reçue par le récepteur, le flux d'impulsion s’appelle pression de radiation en schéma classique.

Pour mesurer une amplitude et une phase, il faut un flux d'un grand nombre de photons, car ce sont des valeurs moyennes qui peuvent se traiter en électromagnétisme classique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

Les expériences d'optique quantique se font avec des sources à photons uniques. On y mesure des trucs, non?

[pascal_dal]

Merci pour ta réponse Phys4, j'ai créé une autre discussion car je pensais que mon message était perdu (j'en avais profité pour reformuler le titre et la question) alors je ne sais pas si on pourrait ou pas poursuivre cette discussion "de l'autre côté" (avis à un modérateur passant par ici pour clôturer cette discussion ? Je copie/collerai la réponse de Phys4).

Aussi je te réponds sur l'autre discussion, merci à tous de consulter la seconde discussion à la place merci :

supprimé

[phys4]

Les expériences d'optique quantique se font avec des sources à photons uniques. On y mesure des trucs, non?

En plus de l'énergie, il est possible de mesurer la polarisation, droite ou gauche(spin 1 ou -1)

[pascal_dal]

Merci pour ta réponse qui confirme ce que je pensais. Mais tu dis que le photon a une énergie et une impulsion, n'est-ce donc pas la même chose ?

[albanxiii]

Merci pour ta réponse Phys4, j'ai créé une autre discussion car je pensais que mon message était perdu (j'en avais profité pour reformuler le titre et la question) alors je ne sais pas si on pourrait ou pas poursuivre cette discussion "de l'autre côté" (avis à un modérateur passant par ici pour clôturer cette discussion ? Je copie/collerai la réponse de Phys4).

Non, on continue ici. L'autre fil était vide, je l'ai archivé, il n'est plus accessible.

Pour la modération

[albanxiii]

Bonjour,

Parler d'amplitudes d'ondes électromagnétiques et de photons revient à se demander comment on peut relier l'électrodynamique quantique et la physique classique.
C'est décrit dans ce document : http://www.imnc.univ-paris7.fr/alain....quant/RQ5.pdf
Comme vous verrez, c'est plutôt ardu.

[Amanuensis]

Merci pour ta réponse qui confirme ce que je pensais. Mais tu dis que le photon a une énergie et une impulsion, n'est-ce donc pas la même chose ?

Pas la même chose (l'une est un scalaire, l'autre un vecteur 3D), mais elles sont inséparables. La RR montre qu'un changement de référentiel les modifie toutes les deux mais pas indépendamment l'une de l'autre (le rapport des modules est fixe).

[pascal_dal]

Un scalaire et un vecteur 3D ? peux-tu m'en dire plus car cela ne me parle pas (désolé je suis vraiment néophyte).

Pour moi l'énergie d'un photon c'est = hv mais c'est aussi = pc, h et c étant des constantes j'en déduis que v (la fréquence) et p (l'impulsion) sont directement corrélés, et donc que c'est "la même chose" qu'on mesure finalement ?


albanxiii > Ok pas de soucis, par contre je n'ai absolument rien compris à la doc que tu donnes en lien, c'est beaucoup trop mathématique/compliqué pour moi .

[Deedee81]

Salut,

Un scalaire et un vecteur 3D ? peux-tu m'en dire plus car cela ne me parle pas (désolé je suis vraiment néophyte).

Un scalaire est un simple nombre. Un vecteur a une grandeur et une direction (du moins dans l'interprétation géométrique) comme une flèche.

Pour moi l'énergie d'un photon c'est = hv mais c'est aussi = pc, h et c étant des constantes j'en déduis que v (la fréquence) et p (l'impulsion) sont directement corrélés, et donc que c'est "la même chose" qu'on mesure finalement ?

Ici le p c'est la grandeur du fameux vecteur dont on parlait justement , oui, c'est la "même chose" au moins dans ce sens, mais uniquement pour le photon. Pour un électron, par exemple, énergie et (grandeur de l') impulsion ne sont pas du tout la même chose.

albanxiii > Ok pas de soucis, par contre je n'ai absolument rien compris à la doc que tu donnes en lien, c'est beaucoup trop mathématique/compliqué pour moi .

Il disait bien que c'était compliqué

On a vite fait des raccourcis simplificateur quand on explique de manière vulgaire (= vulgarisation, pas de terme péjoratif ici ), avec tous les risques que cela comporte.

[pascal_dal]

Merci Deedee81 pour ton explication, il me reste donc à chercher ce que signifie l'impulsion d'un électron (pour son énergie je crois déjà savoir ce dont il s'agit).

La vulgarisation permet de rendre accessibles à des gens comme moi des sujets complexes habituellement réservés à une élite, c'est important qu'il y ait une porte d'entrée plus large car un néophyte intéressé est un génie potentiel (enfin j'aime à la croire ).

[Amanuensis]

Un scalaire et un vecteur 3D ? peux-tu m'en dire plus car cela ne me parle pas (désolé je suis vraiment néophyte).

En restant en mécanique classique, si est la vitesse, l'énergie cinétique est , un nombre réel, alors que la quantité de mouvement (l'impulsion) est le vecteur . Même dans le cas (coïncidence) où || = 2 (et donc ||=E), les deux grandeurs ne peuvent pas être vues comme «égales» parce que de nature différente ((réel et vecteur).

Ou encore, faut faire attention à l'abus de notation consistant à parler de p comme l'impulsion alors que c'est la norme de l'impulsion.

Pour le photon E et || sont proportionnels, mais on peut pas dire que E et sont «la même chose».

[pascal_dal]

Merci pour ces précisions.

Je crois que je comprends mieux, si l'impulsion = la quantité de mouvement alors finalement l'impulsion contient également l'info de la direction du photon (donc effectivement c'est un vecteur). Alors que dans la formule E = pc, on parle effectivement de 'p' en tant que norme de l'impulsion.

Comme le photon n'a pas de masse la norme de l'impulsion est complètement corrélée à son énergie, ce qui n'est pas le cas de l'électron. Dans tous les cas il y a un rapport entre l'impulsion et l'énergie

J'ai bien compris ?

[Amanuensis]

Merci pour ces précisions.

Je crois que je comprends mieux, si l'impulsion = la quantité de mouvement alors finalement l'impulsion contient également l'info de la direction du photon (donc effectivement c'est un vecteur). Alors que dans la formule E = pc, on parle effectivement de 'p' en tant que norme de l'impulsion.

Comme le photon n'a pas de masse la norme de l'impulsion est complètement corrélée à son énergie, ce qui n'est pas le cas de l'électron. Dans tous les cas il y a un rapport entre l'impulsion et l'énergie

J'ai bien compris ?

Oui.

On peut présenter un peu autrement. La relation générale, valable pour le photon et l'électron, est (mc²)² = E² - |p|²c². Du coup, E et |p| sont aussi corrélées pour un électron. La relation est plus simple (proportionnalité) pour le cas m=0, c'est tout.

(À comparer avec la relation en classique, approximation pour les faibles énergies et m non nul, Ec = p²/2m (Ec étant alors l'énergie cinétique). On voit bien que les valeurs sont «corrélées», la corrélation dépendant de la masse. Rien de bien extraordinaire donc...)

[albanxiii]

albanxiii > Ok pas de soucis, par contre je n'ai absolument rien compris à la doc que tu donnes en lien, c'est beaucoup trop mathématique/compliqué pour moi .

C'était pour vous montrer les limites de la vulgarisation. Arrivé un certain point cela ne veut plus rien dire et si on veut comprendre il faut se cogner la théorie, ou accepter ces limites.

un néophyte intéressé est un génie potentiel (enfin j'aime à la croire ).

Pas en se limitant à la vulgarisation. Le génie potentiel va se former aux outils qui lui manquent.

[pascal_dal]

Pas en se limitant à la vulgarisation. Le génie potentiel va se former aux outils qui lui manquent.

Ma phrase entière était "c'est important qu'il y ait une porte d'entrée plus large car un néophyte intéressé est un génie potentiel (enfin j'aime à la croire ).", c'est donc précisément ce que je sous entendais .