Particules virtuelles.

[papy-alain]

Bonjour à tous.
J'ai lu récemment que lorsque deux particules virtuelles se créent, elles ne peuvent se séparer d'une distance supérieure à la longueur de l'onde qui leur est associée. Par ailleurs, il semblerait qu'il n'y ait pas de limite à cette longueur d'onde. Cela signifie donc que deux photons virtuels de très faible énergie pourraient être séparés l'un de l'autre de plusieurs kilomètres. Puisqu'il doivent se recombiner, comment se fait il qu'ils soient toujours en interaction réciproque lorsqu'ils sont séparés par une telle distance ?
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[roro222]

Bonjour
Peut être qu'elles sont toujours en intrication quantique.
Dans ce cas la distance n'a plus d'importance
C'était juste une idée, je vais me faire taper sur les doigts

[papy-alain]

Bonjour
Peut être qu'elles sont toujours en intrication quantique.
Dans ce cas la distance n'a plus d'importance
C'était juste une idée, je vais me faire taper sur les doigts

L'intrication quantique, entre deux particules distantes de plusieurs km, c'est plutôt un concept philosophique.

[erik]

L'intrication quantique, entre deux particules distantes de plusieurs km, c'est plutôt un concept philosophique.

Non, non :

un effet EPR était toujours présent quand bien même les photons intriqués étaient répartis entre deux villes distantes d'environ 1.200 km ... Un test avec des paires de photons intriqués émis depuis l'espace vers le sol a battu un record en montrant, dans un premier temps, que l'intrication subsistait sur une distance de 1.200 km

tiré de la page https://www.futura-sciences.com/scie...1400-km-38796/

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

La distance entre deux particules virtuelles (créée par paire et en effet intriquée) n'est pas bornée. Toutefois, le nombre de paires de grand espacement et donc de grande durée de vie, est très faible. La probabilité diminue assez vite (c'est lié au principe d'indétermination : temps-énergie : grande durée => faible énergie, très faible, grosso modo ça diminue en 1/r si ma mémoire ne me trompe pas, c'est d'ailleurs lié au fait que les forces EM sont en 1/r²). C'est encore pire pour des particules massives ou interagissant par interaction forte (et là, même le confinement vient mettre son grain de sel).

Les effets de ces paires virtuelles peut être négligé (effets infime), c'est totalement non mesurable (par exemple pour mesurer Casimir il faut des plaques extrêmement proches).
Sauf cas extrêmes (trous noirs) mais comme on n'a pas beaucoup de trou noir sous la main..... ça reste assez anecdotique, pour le moment du moins.

[papy-alain]

@ Erik : merci pour le lien, je croyais naïvement que l'intrication nécessitait la proximité.

@ Deedee : merci pour ces explications détaillées. En fait, ma question initiale dérive de tenter de comprendre le détail du rayonnement Hawking. Pour que l'effet de marée puisse séparer définitivement deux particules virtuelles, il faut que celles-ci soient séparées d'une distance minimale, à peu près le quart de la circonférence du TN, et cette distance me paraissait considérable. Mais tu précises que la probabilité diminue en 1/r, liée au fait que les forces EM sont en 1/r². Or, pour le phénomène d'intrication, il n'y a aucun transport d'énergie entre les particules. Du coup, je ne comprends pas le sens de cette relation.

[Deedee81]

@ Deedee : merci pour ces explications détaillées. En fait, ma question initiale dérive de tenter de comprendre le détail du rayonnement Hawking. Pour que l'effet de marée puisse séparer définitivement deux particules virtuelles, il faut que celles-ci soient séparées d'une distance minimale, à peu près le quart de la circonférence du TN, et cette distance me paraissait considérable. Mais tu précises que la probabilité diminue en 1/r, liée au fait que les forces EM sont en 1/r². Or, pour le phénomène d'intrication, il n'y a aucun transport d'énergie entre les particules. Du coup, je ne comprends pas le sens de cette relation.

Dans le cas des TN, cette relation ne tient plus car l'espace-temps est très déformé. C'est fort différent.
Ces particules se "matérialisent" (*) (**)

(*) En fait, si on creuse un peu on voit que le traitement théorique habituel à partir des fluctuations du vide est équivalent à la théorie quantique des champs avec gravitons et une seule boucle maximum de gravitons (référence Birrel et Davies Quantum field in curved spacetime). Et cette matérialisation est juste une interaction entre particules, via les particules virtuelles, l'énergie étant "pompée" au champ gravitationnel. On a aussi ça avec des champs électrique extrêmement fort pouvant créer des paires électrons-positrons par photodissociation dans le champ électrique des noyaux d'atomes. Là dans un cadre moins exotique

(**) Les deux particules devenues "réelles", au sens de la théorie des champs, restent intriquées. Et ça, ça conduit au fameux paradoxe de l'information : après évaporation complète, le rayonnement étant purement thermique, l'intrication est "effacée" alors que c'est impossible dans une théorie unitaire. Plusieurs explications existent (en particulier avec les boucles et les cordes, le rayonnement n'est pas cent pour cent thermique, il garde une trace de l'information).

[papy-alain]

Ok. Mais si on sort du cadre particulier des TN, la création de paires particule/antiparticule reste associée à la notion de fluctuations quantiques d'énergie positive et négative. Dans le cas du photon, c'est très particulier, car photon et antiphoton, c'est kif-kif, le photon étant sa propre antiparticule. Dés lors, comment se caractérise la notion d'énergie négative ? Quelle est la différence physique entre une onde d'énergie positive et celle d'énergie négative ?

[Deedee81]

Dés lors, comment se caractérise la notion d'énergie négative ? Quelle est la différence physique entre une onde d'énergie positive et celle d'énergie négative ?

La différence est.... l'énergie, sans plus. Le reste est le même.

[papy-alain]

Cette notion d'énergie négative me laisse toujours rêveur...

[Deedee81]

SAlut,

Cette notion d'énergie négative me laisse toujours rêveur...

Pourquoi ? Les grandeurs négatives c'est courant :
- la charge
- la vitesse et la position (après choix des axes)
etc....
En outre le zéro de l'énergie est souvent arbitraire et les énergies négatives courantes (par exemple les énergies de liaison, c'est un classique).

En relativité, le zéro de l'énergie est imposé (à cause du bon vieux E=mc², mais cela n'empêche pas les énergies de liaison négative !!!! Un agrégat lié à moins d'énergie que les particules séparées).
Mais la aussi il y a des énergies négatives (la "bonne" équation étant E²=p²c²+m²c^4) si ce n'est qu'habituellement on ignore la solution négative (découplage, par continuité on ne passe pas d'états + à des états -, il y a un gap de 2mc²).

Mais celle-ci peut resurgir facilement.

Par exemple, en mécanique quantique relativiste, l'équation de Dirac et de Klein-Gordon, on a la surprise de découvrir que les solutions négatives et positives sont couplées rendant l'atome instable !!!!
En fait c'est une faille car c'est dû au gap 2mc² traversé par effet tunnel (!) et au fait que l'on devrait utiliser une théorie multi-particules.

Et de fait, en théorie quantique des champs, après application de la symétrie CPT, les états d'énergie négative "remontant le temps" sont réinterprétés comme des états anti-matière d'énergie positive avançant normalement dans le temps.

Mais même comme ça ils peuvent encore ressurgir !!!! C'est le cas dès qu'on envisage des référentiels accélérés (et donc la relativité générale) où on doit utiliser les transformations de Bogoliubov mêlant les états d'énergie négative (avançant normalement dans le temps, donc l'astuce ci-dessus n'a réglé que la moitié du problème) et d'énergie positive.

Il existe toutefois une conjecture (très partiellement démontrée) que de tels états d'énergie négative ne se manifestent que pendant des temps court et sont inutilisables (dommage, quelle fabuleuse source d'énergie : E+-E, je balance -E dans une poubelle et hop ). C'est effectivement le cas avec Unruh, Hawking (là ces particules E<0 plongent dans le TN), le miroir accéléré (qui émet des particules d'énergie négative !!!! Mais les rattrapes vite !), l'effet Casimir dynamique, et dans les divers modèles cosmologiques étudiés dans ce cadre. (edit : à noter que certains partisans ne l'énergie "libre" invoquent ce type de possibilité mais : ça parait peu plausible, ils le comprennent très mal et souvent, c'est le pire, rien dans leur "dispositif" ne permet d'invoquer de Casimir dynamique ou de l'Unruh ou du style).

[papy-alain]

Qui dit énergie négative dit masse négative. Le gluon répond à ce critère ?

[Deedee81]

Qui dit énergie négative dit masse négative.

Ben, non, où t'as vu ça ? (mc² n'est valide que dans certains cas)
La relation complète est

V étant l'énergie potentielle, j'ai voulu être complet.
On est trèèèèès loin de E<0 => m<0 !!!!!!!

Le gluon répond à ce critère ?

Le gluon a une énergie mais n'a pas de masse.

[papy-alain]

Décidément, la MQ, ce ne sera jamais mon truc.
Merci pour ta patience, Deedee.

[Deedee81]

Décidément, la MQ, ce ne sera jamais mon truc.
Merci pour ta patience, Deedee.

A ta décharge MQ + théorie quantique des champs, c'est du lourd. C'est à la fois plus étrange/exotique.contreintuitif que la physique classique et beaucoup plus volumineux à apprendre.
Et je ne maîtrise certainement pas tout.
Et ici on a même parlé de théorie quantique des champs en espace-temps courbe, donc tout à la fois. Youpiiiiii les complications et les difficultés de vulgarisation