vide et "particules virtuelles" ?

[ansset]

Bonjour.
Dans nombreuses conférences ( par exemple ), le vide est présenté comme étant surtout constitué de "particules virtuelles".
Celles ci seraient nommées ainsi car, n'ayant pas assez pas assez d'énergie, elle ne seraient "particules" que potentiellement.
En résumé vulgarisé : pas assez d'énergie, donc pas assez de masse ( équation ) pour être une particule parmi notre bestiaire connu.
Ma question est donc :
Est ce que cette présentation a une certaine validité ?
Ou de manière intermédiaire : doit elle être formulée autrement. ( mauvaise compréhension de ma part ).
La question annexe étant de relier cette présentation avec la physique quantique des champs.
Doit on y voir deux "modélisations" concurrentes, ou complémentaires, ou bien deux manières différentes mais équivalentes de présenter les choses.
Merci.
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[Quarkonium]

Salut,

Les particules virtuelles sont les objets que l'on obtient lorsque l'on quantifie les champs ("seconde quantification", la première étant la quantification du corps étudié). On obtient alors un champ quantifié, les quanta de ce champ étant des particules "virtuelles".

Les champs d'interaction ne sont pas des objets palpables, on ne peut que constater leur action sur des systèmes observables. Leurs quanta n'ont donc pas intrinsèquement besoin de respecter la relation . En d'autres termes, la particule associée au champ, si elle n'est pas directement observée, n'est pas forcée d'avoir la masse qu'elle devrait avoir.

Deux électrons qui interagissent vie l'interaction EM vont, par exemple, s'échanger un photon virtuel => le photon en question peut être massif. Les électrons, en revanche, vont être détectés et auront donc la masse correcte de l'électron. De façon similaire, tu peux imaginer un photon qui diffuse sur un électron via la propagation d'un électron virtuel. Cet électron virtuel peut avoir une masse différente de , tandis que le photon détecté sera obligatoirement de masse nulle.

Le vide ne signifie pas l'absence de champs ; les différents champs connus de la physique sont toujours présents. Le vide correspond à l'absence d'excitations de tels champs, c'est-à-dire à l'absence de particules réelles. Mais tout ce que nous pouvons mesurer est la valeur moyenne d'énergie du vide (qui est zéro pour la majorité des champs, mais pas tous). La seule condition est donc qu'en moyenne, l'énergie du vide vale zéro. Il est donc tout à fait possible d'avoir des particules virtuelles qui apparaissent spontanément puis s'annihilent assez rapidement pour ne pas être observables (on notera quelques exceptions à cette non-observabilité, telles que l'effet Casimir, où les fluctuations du vide quantique ont une résultante non nulle sur l'expérience).

Dernier point de précision : les particules virtuelles agissent même dans la matière évidemment (sans elles, pas de champ d'interaction quantifié). C'est juste que dans le vide, nous n'avons pas de particules réelles => il ne reste que les virtuelles.

[ansset]

Merci beaucoup, je pense bien comprendre. ( passage par la quantification )
mais tu cites justement l'effet casimir, que j'ai du mal à faire rentrer dans cette modélisation/explication.
j'ai failli en parler dans le post initial, mais de peur de dire des conneries , j'ai préféré m'abstenir.
Cordialement.

il me restera ensuite une autre question corolaire.

[ansset]

j'ai dit une bêtise, l'effet Casimir en est justement une preuve à la relecture.
mais induit il justement, que de virtuelles , elles sont passées à réelles , même un court instant.
et d'où vient l'energie qui a pu produire ça.
ce qui rejoint ma question posée de manière bête:
combien d'énergie par volume est nécessaire pour "exciter" ce champ .

[A voir en vidéo sur Futura]

[ansset]

je le sais, c'est très mal dit, probablement.

[Quarkonium]

L'interprétation rigoureuse de l'effet Casimir est un peu pointue pour moi. En gros, puisque les photons virtuels dans le cas de cette expérience sont "forcés d'avoir une action mesurable, ils sont effectivement forcés de devenir réels.

Cela ne viole apparemment pas la conservation de l'énergie, puisque l'énergie du vide ne vaut zéro qu'en moyenne, et peut donc fluctuer aléatoirement sur des temps très court (lui permettant ainsi de créer une paire e+e- ou un photon virtuels). Il ne faut donc pas penser que les fluctuations quantiques sont inobservables par principe, elles sont difficiles à détecter, mais cela reste possible. Il existe aussi l'effet Casimir dit dynamique, dans lequel le mouvement des miroirs permet de créer des photons réels à partir de l'énergie du vide.

http://www.larecherche.fr/actualite/...-02-1997-88454

[Deedee81]

Salut,

EDIT croisement avec quarkonium

j'ai dit une bêtise, l'effet Casimir en est justement une preuve à la relecture.
mais induit il justement, que de virtuelles , elles sont passées à réelles , même un court instant.
et d'où vient l'energie qui a pu produire ça.
ce qui rejoint ma question posée de manière bête:
combien d'énergie par volume est nécessaire pour "exciter" ce champ .

Je ne fais pas de différence conceptuelle entre particules virtuelles et réelles. Une particule virtuelle n'est jamais qu'une particule réelle qu'on n'observe pas car elle est crée et détruite durant le processus.
Et les particules virtuelles dépendent de ce que nous nous considérons comme le processus. Si je considère l'émission d'un rayonnement de freinage dans une lampe à incandescence (disons un électrons freiné brutalement et émettant un rayonnement lumineux) on considère ça comme une émission de photons réels, qu'on peut mesurer ou.... regarder. Mais si je considère l'échange du photon entre l'électron et une molécule de rhodopsine de ma rétine comme un seul et même processus, le photon en question est virtuel. Alors que c'est la même expérience, le même photon !!!!

Les seules deux différences entre les deux sont :
- le fait que les particules virtuelles sont hors de la couche de masse, voir l'explication de quarkonium. Mais si je ne me trompe, c'est seulement dû à leur durée de vie finie et le principe d'incertitude. Les particules réelles étant supposées avoir une vie infinie (donc des valeurs par exemple de la masse parfaitement définies). Mais ceci n'est qu'une approximation (qu'on retrouve toujours dans les calculs de diagramme de Feynman par exemple). En réalité la particule n'est pas nécessairement éternelle (par exemple le photon absorbé par ma rétine ci-dessus)
- la particule virtuelle est dans un état de superposition quantique tandis que la particule réelle est mesurée dans un état déterminé. Mais ça, c'est juste une conséquence de la mesure et dépend de l'interprétation de la MQ.

En outre, dans l'effet Casimir, les fluctuations du vide ne sont PAS des fluctuations vide-vide (*). Ce sont des photons virtuels échangés entre les deux plaques. Comme peuvent l'être des photons virtuels échangés entre deux charges (champ électrostatique).

(*) Ces fluctuations sont inobservables, par définition, puisque toute interaction de quelque nature que ce soit en ferait des fluctuations qui ne sont pas vide-vide. D'ailleurs de telles fluctuations se factorisent et disparaissent en général dans les calculs de graphes de Feynman. Il n'y a rien de plus stable que le vide. Voir cet excellent article :
http://arxiv.org/abs/0809.2904 (la discrétion quantique est une illusion) (J'aime beaucoup les travaux du Docteur Zeh)
Cela n'empêche pas d'utiliser le formalisme de ces fluctuations vide-vide dans les calculs, comme facilité/technique de calcul. Par exemple dans l'effet Casimir ou encore plus flagrant dans l'étude de la théorie quantique des champs en espace-temps courbe (rayonnement de Hawking) où là on peut même considérer qu'il y a interaction avec le champ de graviton (ce ne sont donc là non plus des fluctuations "pure vide-vide"), Birrel et Davies expliquent dans leur livre sur la TQC en espace-temps courbe et que les calculs "à la Hawking" sont identiques aux résultat des la TQC avec gravitons "à une boucle".

[ansset]

juste une question ( c'est en les posant qu'on cerne mieux un sujet )
alors que je conçoit bien cela :

Le vide ne signifie pas l'absence de champs ; les différents champs connus de la physique sont toujours présents. Le vide correspond à l'absence d'excitations de tels champs,...

j'ai plus de mal avec ça :

c'est-à-dire à l'absence de particules réelles. Mais tout ce que nous pouvons mesurer est la valeur moyenne d'énergie du vide (qui est zéro pour la majorité des champs, mais pas tous). La seule condition est donc qu'en moyenne, l'énergie du vide vale zéro.

ce qui me semble paradoxal avec la théorie quantique des champs.
ou bien c'est le terme "en moyenne" me pose pb
on ne peut "exciter" une énergie nulle.
( j'oublie la notion de particule, pour ne parler que d'énergie )
Et cela me ramène à l'effet Casimir à priori sans intervention extérieure, et ma question sur l'énergie nécessaire pour exciter ce champ ( même "potentiel" )

Ps : mon soucis n'est pas de nommer les choses, d'où mes "..", car dans ces cadres , on prend souvent des termes employés à la physique classique, ce qui peut créer de la confusion.

[Quarkonium]

Je me réexplique : si tu mesures l'énergie du vide sur une durée relativement longue, tu vas trouver 0. Imagine que tu disposes d'un appareil qui te permet de mesurer l'énergie du vide sur des temps très très courts, aux échelles quantiques : tu vas trouver des valeurs différentes de 0 à chaque instant, mais qui fluctuent autour de 0. Remarque : en réalité, tu ne peux mesurer que la différence entre la valeur qui s'affiche sur l'écran de ton appareil et la valeur d'énergie potentielle de ton vide, donc trouver une énergie inférieure à l'énergie attendue du vide ne signifie pas qu'il existe de l'énergie négative.

De ces fluctuations entre la valeur normale du vide et celle effectivement mesurée par ton appareil (imaginaire, répétons-le encore) peuvent émerger des particules, qui disparaîtront à nouveau, sauf si elles interagissent avec l'expérience, auquel cas elles seront bien réelles. C'est ce qui se passe avec certains photons dans l'expérience de l'effet Casimir.

D'un point de vue un peu plus mathématique, les états de Fock te permettent de visualiser cette physique. Ainsi, pour le champ EM, la valeur moyenne de ce champ dans le vide est <0|F|0>=0 ; par contre la valeur moyenne de son carré (toujours dans le vide) <0|F*F|0> est différente de 0. Donc même si l'amplitude de ton champ dans le vide a une valeur moyenne nulle, la valeur absolue est quant à elle non nulle, ce qui signifie qu'il fluctue autour de 0 (donc il n'est pas toujours rigoureusement égal à zéro). L'article Wikipédia en anglais sur les états de Fock est assez accessible, notamment la partie "Vacuum fluctuations" https://en.wikipedia.org/wiki/Fock_state

[ansset]

sur des temps très très courts, aux échelles quantiques

je suis peut être HS , mais il me semblait que Serge Haroche avait montré que ces "temps" n'étaient pas impossible à atteindre.

[Garion]

Il y a une image qui peut t'aider à comprendre. C'est mesurer l'latitude de la mer. Si tu la prends sur son ensemble et sur un temps long, tu vas tomber sur une valeur qu'on va définir comme zéro. Mais si tu la prends sur un échantillon plus petit ou sur un temps plus court, à cause des vagues, tu vas trouver une valeur différente de zéro.

[ansset]

merci Garion, mais je préfère les explications de Quarkpnoum, qui ne semble lui, pas me prendre pour un "teubé".

[Quarkonium]

je suis peut être HS , mais il me semblait que Serge Haroche avait montré que ces "temps" n'étaient pas impossible à atteindre.

Oui ils sont possible à "atteindre", c'est pourquoi nous sommes capables de détecter les effets des fluctuations, sinon nous ne verrions que la valeur moyenne zéro.

Et ne sois pas désobligeant avec Garion, il essaye d'aider comme tout le monde sur ce forum. De plus l'image de la mer est plus pertinente qu'on peut l'imaginer de prime abord, puisque Dirac, lorsqu'il essaya d'interpréter les solutions d'énergie négative de son équation de l'électrodynamique quantique, avait d'abord pensé à une "mer" de particules d'énergie négative, dont certaines s'échappaient occasionnellement (la bonne interprétation étant l'existence de l'antimatière).
La seule différence avec la mer d'eau salée est que les vagues devraient être "quantifiées" c'est-à-dire avoir seulement certaines hauteurs précises accessibles.

[Deedee81]

Et ne sois pas désobligeant avec Garion, il essaye d'aider comme tout le monde sur ce forum.

Bonjour,

Pris de vitesse

Ansset, du calme. On ne connait pas nécessairement le niveau des intervenants. Et une explication très basique n'a pas de caractère insultant.
En plus, ça peut servir à d'autres lecteurs qui auraient un niveau de connaissance plus faible

[ansset]

@garion:
je te pris d'accepter mes excuses.
mes mots ont été déplacés, et ne reflétait pas le sens de mon propos.
d'autant que j'apprécie tes interventions.
Et comme le rappelle Deedee, ce sujet peut être lu par tous.

Sur des sujets comme celui ci , je me méfie des analogies qui m'apparaissent ( peut être à tord ) trop simplistes.
cela rejoint d'ailleurs une des conf de E.Klein ( qui m'a amenée à cette question ).
dans celle ci, il pointait aussi le piège que pouvaient représenter les analogies classiques, et de surcroit le "poids" de la représentation visuelle , qui parle directement à nos sens, avec un risque fort d'incompréhension sur le fond.
Il a d'ailleurs pris comme exemple les chambres à bulles, très utiles, mais qui semble nous montrer à "voir" les particules comme réellement corpusculaires.

voilà, désolé.
Cdt à tous.

[Deedee81]

Il a d'ailleurs pris comme exemple les chambres à bulles, très utiles, mais qui semble nous montrer à "voir" les particules comme réellement corpusculaires.

Ah tiens, ça c'est intéressant comme remarque. Il est d'ailleurs possible en utilisant la MQ, et sans même devoir faire appel à l'interprétation ou à la décohérence, d'expliquer pourquoi on a une belle trajectoire rectiligne.
On trouve la démo dans le livre Quantum Mechanics de Leonard L. Schiff. J'avais trouvé ça vraiment remarquable.

Quand aux analogies simplistes, il y en a que je déteste (c'est aussi une question de goût) et il conviendrait presque d'expliquer à chaque fois où sont les limites de l'analogie et la partie que l'analogie met réellement en lumière. Mais il faut bien avouer que c'est lourd. C'est le drame perpétuel de la vulgarisation.

[mariposa]

Bonjour,

je vois que les particules virtuelles posent toujours un problème de compréhension!!

Normal puisqu'elles n'existent pas.

Ces particules virtuelles sont un jargon technique qui découle du calcul de perturbation ( les fameux diagrammes de Feymann ne sont pas une représentation du mouvement des particules, mais des séries mathématiques représentées graphiquement) Là où il n y a pas besoin du calcul de perturbation il n'y a pas de particules virtuelles et c'est normal car leur existence dépendraient d'une technique de calcul.

[ansset]

merci mariposa.
mais force est de constater que le terme est utilisé , même parmi des physiciens réputés.

[Deedee81]

Salut,

mais force est de constater que le terme est utilisé , même parmi des physiciens réputés.

Et cette notion d'exister ou pas des particules virtuelles fait tout.... sauf consensus. Ce que ces derniers messages montrent clairement.

D'autant que les arguments pour ou contre sont tous très solides. Il en faudrait un expérimental mais je ne pense pas que ce soit possible. J'ai plutôt l'impression que d'est de l'ordre de l'interprétation, comme les interprétations en MQ. Sauf que c'est plus difficile à cerner en théorie quantique des champs.

[ansset]

merci,
je comprend mieux pourquoi j'ai du mal à comprendre

[mmanu_F]

Bonjour,

je vois que les particules virtuelles posent toujours un problème de compréhension!!

Normal puisqu'elles n'existent pas.

Ces particules virtuelles sont un jargon technique qui découle du calcul de perturbation ( les fameux diagrammes de Feymann ne sont pas une représentation du mouvement des particules, mais des séries mathématiques représentées graphiquement) Là où il n y a pas besoin du calcul de perturbation il n'y a pas de particules virtuelles et c'est normal car leur existence dépendraient d'une technique de calcul.

ça me rappelle deux de mes reflexions du jours : effet schwinger et effet unruh ...

[mike.p]

Salut,

merci Garion, mais je préfère les explications de ...

c'est pourtant une excellente explication.
Le niveau d'équilibre possède des minorants et des majorants. Certains se hasardent à dire que nous vivons à la surface d'une mer d'énergie mais passer comme cela de l'analogie à l'identification serait le début de tous les malentendus.

Tant qu'on y est, il faudrait aussi parler des quasi-particules et des régimes intermédiaires aux limites quantique / classique ...

Selon moi, tout cela est abstrait. La problématique de l'existence ( des particules virtuelles ou non ) relève de la sémantique et de la pauvreté de notre langage. Est ce que la retenue d'une opération de soustraction existe ? oui dans un monde de chiffres, pas nécessairement dans un monde de nombres et si cela ne veut rien dire , nous voilà bien ennuyés ! c'est un peu ce qui arrive ... Mais cela importe peu tant que la théorie est prédictive et pertinente pour une série de questions précises au périmètre bien délimité.