Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps
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Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps



  1. #1
    astroamateur

    Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps


    ------

    Bonjour à tous,

    une chose m"échappe depuis la "découverte" du boson de Higgs.

    J'ai bien compris que la masse intrinsèque d'une particule est nulle mais, se révèle massive au frottement avec le camps de Higgs présent partout.

    Bien, donc pourquoi mon corps au repos pèse 80 kg et non 0 kg ?

    Je tente une réponse car la friction avec le champs se fait au niveau de l'infiniment petit et qu'à cette échelle Mes particules sont en perpétuel mouvement ?

    -----
    SW 200/1000 sur HEQ5 - Nagler 26, Nagler 7, Barlow Televue 2x, Filtre O3

  2. #2
    Paminode

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Peut-être bien...

  3. #3
    vaincent

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Bonjour,

    "frottements avec le champs de Higgs", non car c'est un mélange de l'image de vulgarisation souvent utilisé et le champs de Higgs lui-même!
    Il faut oublier cette image "physique classique" de l'interaction fermions-champs de Higgs. Un fermion n'a pas besoin d'être en mouvement pour interagir avec le champs de Higgs(c'est dire à quel point la vulgarisation parfois peut induire en erreur le profane). A tout moment il y a interaction avec le champs de Higgs, mouvement ou pas.

  4. #4
    papy-alain

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Pour ma part, je n'ai jamais compris en quoi consistait le champ de Higgs en l'absence de bosons de Higgs. Dans un champ électromagnétique, les photons constituent la trace de l'excitation de ce champ. Et un champ EM sans photon, ça n'existe pas dans la nature. Avec quoi la matière interagit-elle dans un champ qui est censé être constamment dans son état minimal ???
    Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    Garion

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Un aimant crée un champs magnétique, mais ne crée pour autant de photons. Cela n'empêche pas qu'il attire.

  7. #6
    papy-alain

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Citation Envoyé par Garion Voir le message
    Un aimant crée un champs magnétique, mais ne crée pour autant de photons. Cela n'empêche pas qu'il attire.
    Oui, mais il faut un aimant. Dans le champ de Higgs, il n'y a rien.
    Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.

  8. #7
    Garion

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Cela montre en tout cas qu'il n'y a pas besoin de boson pour interagir.
    La différence, c'est que l'état minimal du champs de Higgs n'est pas de zéro (si j'ai bien compris les différentes explications que j'ai lu).

  9. #8
    papy-alain

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Citation Envoyé par Garion Voir le message
    Cela montre en tout cas qu'il n'y a pas besoin de boson pour interagir.
    La différence, c'est que l'état minimal du champs de Higgs n'est pas de zéro (si j'ai bien compris les différentes explications que j'ai lu).
    Rien > 0, c'est difficile à comprendre.
    Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.

  10. #9
    Garion

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Un champs ce n'est pas rien, c'est un champs. Et minimal ne veut pas dire 0.

  11. #10
    Garion

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    J'aime bien visualiser un champs comme une immensité d'eau et les excitations de ces champs comme des ondes sur la surface de cette eau. Le niveau de l'eau donnant la valeur du champs.
    Le champs de Higgs n'est quasiment pas parcouru par des ondes, mais le niveau est haut.

  12. #11
    invitef73a730a

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Citation Envoyé par papy-alain Voir le message
    Dans un champ électromagnétique, les photons constituent la trace de l'excitation de ce champ. Et un champ EM sans photon, ça n'existe pas dans la nature.
    Bonsoir,

    Selon l'électrodynamique quantique, dans l'état 0 du champ (0 photon) la moyenne du carré du champ électrique n'est pas nulle.

    Sinon, je suis d'accord avec l'analogie de Garion, qui est formellement tout à fait exacte, la hauteur d'une étendue d'eau pouvant être considérée comme un champs défini dans un espace à 2D.

    Le champ est le système physique sur lequel s'applique les lois de la Mécanique quantique. Le boson est une unité qui permet de caractérisé l'état dynamique du champs (son énergie, sa quantité de mouvement, etc...). Mais c'est vrai que ce n'est pas évident à comprendre.

    D'une part, le terme "champ" possède deux fonctions : le premier est le nom donné au système physique que l'on décrit, le deuxième renvoie aux valeurs des amplitudes qui déterminent l'état de ce champ en chaque point de l'espace (exemple : l'état du champ électromagnétique, en tant que système physique, est déterminée par la donnée des amplitudes du champ électrique et magnétique à chaque point de l'espace).

    On utilise le terme de boson quand on décrit le champ en terme de certaines grandeurs (notamment l'énergie et la quantité de mouvement). Quand on parle "d'amplitude de champ", on utilise une autre grandeur pour décrire ce même champ. Le problème est que d'après la mécanique quantique, les entités mathématiques qui représentent ces deux types de grandeurs ne commutent pas, ce qui veut dire qu'elles obéissent à des relation de type "inégalité d'Heisenberg". Ceci fait qu'on ne peut pas, à la fois, décrire le système en terme d'amplitude de champs et en terme de bosons (de la même manière que l'on ne peut pas parler à la fois de la position d'une particule et de sa quantité de mouvement).

  13. #12
    papy-alain

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Bonsoir, Aristark, et merci beaucoup pour ces explications.
    Peut on dire que le potentiel du champ de Higgs résulte de son couplage avec l'énergie du vide ?
    Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.

  14. #13
    invitefb0f1e11

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Salut,

    Une analogie foireuse est effectivement de dire que les particule "frottent" sur le champs de Higgs, qui comme il n'as pas une valeur nulle dans le vide est en constante "interaction" avec les autres champs qui compose les particules de notre Univers, d'où la présence d'une masse même en l’absence de bosons de Higgs qui est une excitation du champs de Higgs.

    Un bon moyen de comprendre comment le Higgs produit la masse est de prendre la chose à bras le corps avec un peu de Maths ... dsl pour ceux que ça bloque. Si vous aimez pas les maths passez votre chemin, pour le suite je pense qu'un niveau M1 de physique est le minimum pour bien tout comprendre, sinon j'espère que "la logique de la construction" sera assez claire. Bon courage si vous allez plus loin .

    Bon pour pas ce trimballer tout un tas de constante dans la suite je considérerais ,

    Donc commençons par les base. En relative restreinte l'énergie s'écrit : , avec P l'impulsion et M la masse.
    En mécanique quantique on remplace donc les grandeurs de cette équation par l'opérateur associé :

    , avec "i" pouvant valoir x, y où z

    On obtient alors l'équation de Klein Gordon pour un champs scalaire .
    , avec pouvant valoir t, x, y où z (les indices répété sont sommé : notation d'Einstein)

    En physique on aime bien formulé les théorie sous forme Lagrangienne (c'est élégant et sa marche plutôt bien). L'idée étant de minimiser l'action S
    , où est le lagrangien.
    Minimiser cette action S, revient à résoudre l'équation d'Euler Lagrange.


    On peut alors "rétro-ingénierier" l'équation de Klein Gordon, de sorte à trouver le Lagrangien dont elle dérive via les équation d'Euler Lagrange.
    On obtient alors pour le champs scalaire , le lagrangien suivant


    Arrêtons un moment pour observer ce dont il retourne :
    -On observe que dans un lagrangien, un terme de masse s'exprime en fonction de la norme carré du champs concerné : .
    Et oui c'est juste à cela que cette introduction devait nous mener . On va alors maintenant construire une théorie de gauge de l'interaction de notre champs scalaire avec un champs de gauge invariant sous un groupe de symétrie ... les plus connu sont les groupes :
    U(1) : L'interaction EM
    SU(2) : L'interaction faible
    SU(3) : L'interaction forte

    Donc on veut rendre notre lagrangien invariant sous une transformation de gauge sous . Ainsi on veut que le lagrangien soit invariant sous la transformation :
    , avec G un élément de .

    De façon générale ce choix de gauge n'est pas forcément globale, il peut être locale et donc dépendre des coordonnées de l'espace-temps.
    En l'état n'est pas invariant sous cette transformation. On définit alors la dérivé covariante

    , avec g une constante de couplage et un champs de gauge qui se transforme de la façon suivante

    . En pratique il existe autant de champs que de générateur du groupe . Ceci explique par exemple qu'il y est 1 photon, 3 bosons faible (W et Z) et 8 gluons

    Le lagrangien s'écrit alors :


    Voici donc un beau lagrangien invariant de gauge, auquel on ajoute le terme associé au champs de gauge libre


    Avec .
    Le terme contient les constantes de structure du grouppes de symétrie. Les indice a,b et c représente les différent champs de gauge (autant que le nombre de générateur du groupe de gauge, et "g" est la constante de couplage)
    Dans le cas d'une symétrie U(1) pour un bosons non massif c'est ce termes qui conduit aux équation de maxwell via les équation d'Euler Lagrange

    Si notre bosons de gauge était massif on aurait aussi un termes de la forme , mais ce terme n'est pas invariant de gauge, donc dans le cas où la symétrie est respecté ce terme doit être nulle, on va voire maintenant comment "briser" la symétrie pour faire apparaitre ce terme.

    Maintenant nous avons un champs scalaire qui interagit via une interaction respectant une symétrie . Comme quoi c'est fou ce que l'on peut construire en quelques ligne .

    Maintenant écrivons le lagrangien de façon plus explicite


    On observe la présence d'un terme analogue à un terme de masse pour le champs . Le potentiel associé au champs est , dont le minimum se trouve en , ainsi dans le vide le champs possède pour valeur moyenne 0, ce terme disparait alors naturellement, Le champs est bien de masse nulle, on voit donc ici l'importance que le champs joue si il acquiert une valeur non-nulle dans le vide, il donne une masse à notre bosons de gauge.

    Reprenons le terme potentiel . Et modifions le en supposant qu'il est de la forme
    Dans ce cas La valeur du potentiel en est instable, ce n'est pas le niveau de plus basse énergie du champs. Le champs est dans un minimum de potentiel en . Ceci aura pour effet donner une masse au bosons de gauge , puisque le terme ne possèdent plus une valeur moyenne nulle dans le vide, le terme de masse du bosons de gauge est non nulle et donc le bosons de gauge acquiert une masse.

    C'est ce genre processus qui est responsable de la masse des bosons Z et W.
    Un terme de couplage du même genre apparait pour les fermions en interaction avec le Higgs leur conférant à leur tour une masse, c'est le couplage de Yukawa.

    Ainsi bien que le champs de Higgs ne soit pas excité, le fait qu'il est une valeur non-nul dans le vide et qu'il soit couplé avec les autres champs leur donne une masse.

    Maintenant cette masse est faible, et la majeur partie de la masse de la matière qui nous compose ne vient pas du mécanisme de Higgs, mais de l'interaction forte, la masse des nucléons est en effet en grande partis (~95%) issue de l'énergie stocké sous forme d'énergie de liaisons dans les nucléons et correspond à l'interaction entre les quarks et les gluons.

    Donc voilà, le mécanisme de Higgs est on ne peut plus naturelle et intuitif sous une forme Lagrangienne. Pas besoins de que le champs de Higgs soit excité pour généré de la masse.

    @+,
    G.

  15. #14
    invite6754323456711
    Invité

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Citation Envoyé par Psyricien Voir le message
    Un bon moyen de comprendre comment le Higgs produit la masse
    Merci pour cette présentation synthétique très instructive.

    Ce qu'il y a de remarquable est l'existence d'autre formalisation mathématique pour exprimer dans un autre langage symbolique l'équivalent du mécanisme de brisure de symétrie de jauge proposé par Higgs.

    D’après cette thèse

    En 1985, M. Dubois-Violette, Richard Kerner et John Madore montrèrent [DVMK89a, DVMK89b, DVKM90b, DVKM90a, DVMK91] que les théories de jauge formulées sur l’algèbre des fonctions à valeurs matricielles possèdent de manière naturelle un mécanisme de brisure de symétrie de jauge analogue à celui proposé par Higgs. Ils utilisèrent pour cela le calcul différentiel basé sur les dérivations [DV88]. Ce modèle fut ensuite généralisé par Robert Coquereaux [Coq90, CHS95] et A. Connes et J. Lott [CL91] à d’autres types de calculs différentiels. En particuliers, il fut montré [CC97, Con96] qu’il est possible d’exprimer le Lagrangien du modèle standard dans un cadre totalement algébrique en utilisant un calcul différentiel construit à partir d’un triplet spectral composé d’un opérateur de Dirac, d’un espace de Hilbert et d’une algèbre. Cette approche permet également d’incorporer les spineurs et la notion de métrique de manière naturelle [Con94] et de formuler un principe de moindre action [CC97]. Il a également été fait usage des techniques de la géométrie non commutative par Jean Bellissard afin de décrire certains systèmes de physique statistique tels que les quasi-cristaux ou encore l’effet Hall quantique. Enfin, il fut mis en évidence par Dirk Kreimer et Alain Connes que la structure du groupe de renormalisation perturbatif peut se comprendre en termes d’algèbres de Hopf (généralisation de la notion de groupe en géométrie non commutative)
    Patrick

  16. #15
    invitefb0f1e11

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Bonjour,

    Très intéressant ce liens. Je ne sais pas trop où en sont les avancés en géométrie non-commutative, même si l'approche semple intuitive, il me semblais que cette théorie impliquais un Higgs "lourd" ~ 170 GeV, à comparer aux Higgs du LHC ~126GeV et au contrainte qui exclu fortement un Higgs vers ~170 GeV.

    Avez vous plus d'info sur la question ? Gageons que les théoriciens (qui sont vraiment un espèce fascinante ) sauront trouver un moyen de s'en accommoder.

    @+,
    G.

  17. #16
    invite6754323456711
    Invité

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Citation Envoyé par Psyricien Voir le message
    Avez vous plus d'info sur la question ?
    Non, ce n'est pas mon domaine. Je soulignais juste l'aspect d'équivalence au sens des catégories tel que par exemple la catégorie des C-algèbres commutatives est équivalente à la catégorie des espaces topologiques.

    Patrick

  18. #17
    doul11

    Thumbs up Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Bonsoir,

    Citation Envoyé par Psyricien Voir le message
    [...]
    Je constate avec beaucoup de plaisir l'arrivé de nouveaux physiciens sur le forum, merci pour ce partage de connaissances et ces explications détaillés.

    A bientôt sur le forum.
    La logique est une méthode systématique d’arriver en confiance à la mauvaise conclusion.

  19. #18
    invite95355625

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Citation Envoyé par Psyricien Voir le message
    Salut,...
    Si vous aimez pas les maths passez votre chemin, ...
    Bonjour,
    Mais comment tu te la pètes?
    Si vous n'aimez pas le français, mille personnes vous tendent la main pour y accéder, tout au long de votre route.
    Cordialement.

  20. #19
    invitefb0f1e11

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Citation Envoyé par pinard-bio Voir le message
    Bonjour,
    Mais comment tu te la pètes?
    Si vous n'aimez pas le français, mille personnes vous tendent la main pour y accéder, tout au long de votre route.
    Cordialement.
    Merci pour cette intervention, oh combien useless !

    aurevoir !

  21. #20
    invité6735487
    Invité

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Citation Envoyé par pinard-bio Voir le message
    Bonjour,
    Mais comment tu te la pètes?
    Si vous n'aimez pas le français, mille personnes vous tendent la main pour y accéder, tout au long de votre route.
    Cordialement.
    Salut Pinard !
    Je te trouve bien condescendant, c'est vrai que psyricien aurait du fournir le mode d'emploi, mais comme dans le jargon, on appelle cela une clé de vent. N'aimes-tu voir parler les spécialistes ?

  22. #21
    invite6754323456711
    Invité

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Citation Envoyé par astromoteur Voir le message
    N'aimes-tu voir parler les spécialistes ?
    Psyricien invite chacun dont le sujet intéresse d'aller plus loin par lui même. Un bon début les Principes variationnels.

    Patrick

  23. #22
    nicoo31

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Citation Envoyé par Psyricien Voir le message
    Très intéressant ce liens. Je ne sais pas trop où en sont les avancés en géométrie non-commutative, même si l'approche semple intuitive, il me semblais que cette théorie impliquais un Higgs "lourd" ~ 170 GeV, à comparer aux Higgs du LHC ~126GeV et au contrainte qui exclu fortement un Higgs vers ~170 GeV.

    Avez vous plus d'info sur la question ? Gageons que les théoriciens (qui sont vraiment un espèce fascinante ) sauront trouver un moyen de s'en accommoder.
    Connes et Chamseddine viennent de publier un article qui rétablie la compatibilité du modèle spectral avec un Higgs de 125GeV.
    http://arxiv.org/abs/1208.1030

    D'arpès ce que j'ai compris, dans leurs précédents calculs ils avaient négligé (par erreur) l'intéraction du Higgs le champ qui donne la masse (de Majorana) aux neutrinos "right-handed". En prenant en compte ce champs, ils obtiennent à présent une masse du Higgs compatible avec les 125GeV.
    De plus, ils annoncent que l'intéraction avec ce champs stabilise le Higgs jusqu'aux énergies d'unification...

  24. #23
    invitefb0f1e11

    Re : Incompréhension champs de Higgs et masse d"un corps

    Salut,

    Merci pour le liens. C'est très intéressant. Cette approche semble vraiment élégante et donne des résultats impressionnant.
    Va définitivement falloir que je me mette à comprendre cette approche plus en détails.

    @+,
    G.

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