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Le principe de superposition quantique

  1. andretou

    Date d'inscription
    août 2009
    Localisation
    Haute Saintonge
    Âge
    54
    Messages
    896

    Le principe de superposition quantique

    Bonjour à tous
    Selon Wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/Princi...tion_quantique :
    En mécanique quantique, selon le principe de superposition, un même état quantique peut posséder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin, position, quantité de mouvement, etc.)

    Mes questions :
    1/ pourquoi la masse et la charge de l'électron, qui sont pourtant des valeurs observables, ne sont-elles pas concernées par le principe de superposition (un électron a toujours la même masse et la même charge) ?
    2/ Il existe donc deux familles d'observables, les observables superposables et les observables non-superposables ?
    3/ Si certains observables ne respectent pas le principe de superposition, pour quelle raison d'autres observables le respectent-ils ?
    4/ Si, pour l'électron, la masse et la charge ne sont pas superposables, existe-t-il également pour le photon des observables qui ne puissent pas être superposés ?

    Merci pour vos réponses.

    -----

    Bon, le connaissable, c'est fait... Qu'est-ce qu'il nous reste maintenant à découvrir ?
     


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  2. Deedee81

    Date d'inscription
    octobre 2007
    Localisation
    Courcelles - Belgique
    Âge
    55
    Messages
    28 921

    Re : le principe de superposition quantique

    Salut,

    Citation Envoyé par andretou Voir le message
    1/ pourquoi la masse et la charge de l'électron, qui sont pourtant des valeurs observables, ne sont-elles pas concernées par le principe de superposition (un électron a toujours la même masse et la même charge) ?
    Déjà, ce n'est pas parce qu'une quantité peut avoir plusieurs valeurs qu'elle doit avoir plusieurs valeurs. La quantification oblige.
    Par exemple, un électron dans un atome d'hydrogène peut être dans plusieurs états stationnaires d'énergie différente et quantifiés, on ne peut pas avoir n'importe quelle valeur. Et il peut être dans un état superposé (j'avais déjà lu des expériences où on plaçait un atome dans un état quantique superposé "état de base" + "état excité").

    La question pour la masse est bonne et ça doit pouvoir s'expliquer par la description avec le Higgs (c'est uniquement celle-là qui est concernée, les objets composites peuvent être dans des états excités de masse différente).
    Je n'y ai jamais réfléchi et je ne vais pas me lancer comme ça, je risquerais de dire une bêtise.

    Mais pour la charge, faut avouer qu'on n'a pas l'explication de sa quantification (sauf à travers le mécanisme de Kaluza-Klein qu'on rencontre aussi en théorie des cordes).

    La réponse aux autres questions est donc non.
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)
     

  3. ThM55

    Date d'inscription
    juin 2013
    Messages
    274

    Re : Le principe de superposition quantique

    Pour la charge électrique, la réponse est un peu subtile: des états quantiques chargés se transforment sous une transformation de jauge en modifiant leur phase (un coefficient complexe de module unité) selon un angle proportionnel à la charge électrique. La phase d'un état quantique n'est pas mesurable, c'est pour cela que l'état n'est pas un vecteur dans l'espace de Hilbert mais un rayon, ensemble de vecteurs qui ne diffèrent que par une phase. Mais si on superpose deux états de charges différentes, ils acquièrent sous la transformation de jauge des phases différentes. Donc la phase relative des deux états peut changer sous une transformation de jauge, ce qui permettrait en principe de mettre celle-ci en évidence dans une expérience d'interférence, ce qui est contraire à l'invariance de jauge. On appelle cela une règle de supersélection. Il y a la même interdiction pour deux états de spin entier et demi-entier, mais cette fois pour le groupe de Lorentz.
     

  4. alovesupreme

    Date d'inscription
    mars 2006
    Messages
    2 224

    Re : le principe de superposition quantique

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Mais pour la charge, faut avouer qu'on n'a pas l'explication de sa quantification (sauf à travers le mécanisme de Kaluza-Klein qu'on rencontre aussi en théorie des cordes).
    D'ou l'intéret de la recherche d'éventuels monopoles magnetiques. ils impliqueraient la quantification de la charge.
    http://feynman.phy.ulaval.ca/marleau...ein/node5.html
    Dernière modification par alovesupreme ; 09/01/2018 à 22h56.
     

  5. ThM55

    Date d'inscription
    juin 2013
    Messages
    274

    Re : Le principe de superposition quantique

    Je pense qu'on ne peut pas ranger la masse dans la même catégorie que la charge de ce point de vue. Je crois qu'on peut préparer un système dans un état qui est une superposition de deux états, le premier un état avec 1 électron et 1 positron et le second photon+photon. La masse du premier état est 2m, celle du second est nulle. La masse de la superposition n'est pas définie. Comme ils peuvent résulter tous les deux d'une collision électron+positron, je suppose que l'état final est une telle superposition (avec même d'autres paires de plus grande masse si l'énergie est suffisante) qui résulte de la dynamique de l'interaction: quand on calcule l'amplitude pour tel ou tel processus, on fait une projection sur l'un des états finaux. Je dis peut-être des bêtises, je vais réfléchir pour vérifier que cet argument est correct. Notons que la charge des deux états est nulle.
     


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  6. ThM55

    Date d'inscription
    juin 2013
    Messages
    274

    Re : Le principe de superposition quantique

    Mais pourquoi parlez-vous de la quantification de la charge? Si je lis bien la question, elle porte sur la superposition des états de charges différentes, pas sur la quantification de la charge.
     

  7. mach3

    Date d'inscription
    mars 2004
    Localisation
    normandie
    Âge
    35
    Messages
    9 426

    Re : Le principe de superposition quantique

    Citation Envoyé par ThM55 Voir le message
    le premier un état avec 1 électron et 1 positron et le second photon+photon. La masse du premier état est 2m, celle du second est nulle.
    pas si simple... Plusieurs photons allant dans des directions différentes forment un système de masse non nulle.
    De toutes façons cela revient à se poser la question pour l'énergie et non la masse, vu que la seconde est l'énergie du système dans le référentiel où son centre de masse est immobile...

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!
     

  8. ThM55

    Date d'inscription
    juin 2013
    Messages
    274

    Re : Le principe de superposition quantique

    C'est vrai, je sentais bien que j'écrivais une bêtise. Dans le système du centre de masse on a une énergie-impulsion de genre temps, donc l'état n'est pas de masse nulle. En fait je ne connais pas la réponse pour la masse.
     

  9. ThM55

    Date d'inscription
    juin 2013
    Messages
    274

    Re : Le principe de superposition quantique

    Mais j'ai un autre exemple. En théorie quantique des champs, un boson scalaire avec une interaction .

    Si l'état initial est composé de deux bosons, il y a des diagrammes avec des états finaux à deux bosons, mais aussi d'autres à 4 bosons. On peut donc superposer des états quantiques de masses différentes.
     

  10. alovesupreme

    Date d'inscription
    mars 2006
    Messages
    2 224

    Re : Le principe de superposition quantique

     

  11. andretou

    Date d'inscription
    août 2009
    Localisation
    Haute Saintonge
    Âge
    54
    Messages
    896

    Re : Le principe de superposition quantique

    Citation Envoyé par andretou Voir le message
    Bonjour à tous
    Selon Wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/Princi...tion_quantique :
    En mécanique quantique, selon le principe de superposition, un même état quantique peut posséder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin, position, quantité de mouvement, etc.)
    En plus des 3 observables indiqués ci-dessus (le spin, la position, la quantité de mouvement (donc l'énergie cinétique)), quels sont pour l'électron les autres observables répondant au principe de superposition ? Peut-on établir la liste exhaustive de ces observables (et compléter ainsi l'article de Wikipedia) ?
    La liste de ces observables est-elle la même pour le photon, à la polarisation près ?
    Bon, le connaissable, c'est fait... Qu'est-ce qu'il nous reste maintenant à découvrir ?
     

  12. alovesupreme

    Date d'inscription
    mars 2006
    Messages
    2 224

    Re : Le principe de superposition quantique

    pour une liste exhaustive je ne sais pas mais en tout cas il ne faudrait surtout pas oublier la superposition du nombre des particules.
     

  13. alovesupreme

    Date d'inscription
    mars 2006
    Messages
    2 224

    Re : Le principe de superposition quantique

    on voit ainsi que masse et charges entrent en superposition puisqu'il peut avoir superposition de 0 ou 1 particule ou plus (y compris pour
    les photons)
     

  14. andretou

    Date d'inscription
    août 2009
    Localisation
    Haute Saintonge
    Âge
    54
    Messages
    896

    Re : Le principe de superposition quantique

    Citation Envoyé par alovesupreme Voir le message
    on voit ainsi que masse et charges entrent en superposition puisqu'il peut avoir superposition de 0 ou 1 particule ou plus (y compris pour
    les photons)
    Peux-tu STP préciser ce que signifie la superposition de particules ?
    Bon, le connaissable, c'est fait... Qu'est-ce qu'il nous reste maintenant à découvrir ?
     

  15. Deedee81

    Date d'inscription
    octobre 2007
    Localisation
    Courcelles - Belgique
    Âge
    55
    Messages
    28 921

    Re : Le principe de superposition quantique

    Salut,

    Citation Envoyé par andretou Voir le message
    Peux-tu STP préciser ce que signifie la superposition de particules ?
    D'abord pour comparaison. Tu peux avoir un état de superposition quantique : "la particule est en x" et "la particule est en y".
    Si tu mesures la position, tu la trouveras toujours en x ou en y mais pas les deux, mais croire que sa position était précise avant la mesure est une erreur, cet état superposé est réel (interférences, inégalités de Bell et tout ça).

    Mais tu peux avoir aussi un état "il n'y a qu'une particule" et "il y a deux particules".
    Avec les photons, ce type d'état est assez courant.

    Pour des électrons (par exemple) c'est moins fréquent à cause de la conservation de la charge électrique, mais ce n'est pas exclut et il peut y avoir des états bizarres.
    (par exemple, le positronium peut être vu comme une superposition quantique "électron + positron" et "deux ou trois photons" (deux ou trois selon la parité), avec une évolution de l'amplitude de probabilité qui rend de plus en plus probable l'état multiphotons : désintégration aléatoire du positronium).
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)
     


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