Annihilation de particules virtuelles

[Nickelange]

Bonjour,
Lorsqu'on parle d'énergie du vide ou d'effet Hawking on évoque des paires de particules et d'antiparticules virtuelles à la durée de vie très courte qui s'annihilent aussitôt. Or cette annihilation ne devrait-elle pas provoquer l'émission d'un photon?
D'après ce que j'ai pu comprendre l'antiparticule aurait une énergie négative, qui justement ferait décroître le trou noir en tombant dedant (pourquoi elle et pas l'autre?) par effet hawking. Et donc la somme d'énergie entre les deux particules serait nulle. Pas d'émission de photon donc. Mais alors le terme antiparticule est-il juste? Ne devrait-on pas parler de particule négative?

Olivier
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[Resartus]

Bonjour,

D'après ce que j'ai pu comprendre l'antiparticule aurait une énergie négative

Olivier

Les antiparticules sont des particules comme les autres. Leurs caractéristiques sont exactement opposées à celles des particules, mais pas leur énergie et/ou leur masse propre

Il est vrai que la première théorie de Dirac imaginait les positons comme des trous dans un continuum d'électrons*, mais ce n'est plus la vision actuelle en théorie des champs.

Si le trou noir diminue, c'est juste qu'une des deux (peu importe laquelle) descend plus bas dans le trou. C'est son énergie potentielle (de gravitation) qui est négative et va décroitre encore, tandis que celle qui s'est échappée a acquis une énergie suffisamment positive pour s'échapper ("s'évaporer")

*Pendant que d'autres imaginaient des électrons venant du futur...

[Nickelange]

Merci pour ces explications. Mais alors pourquoi l'annihilation de cette paire de particule/antiparticule ne produit pas d'énergie ?

[mach3]

Merci pour ces explications. Mais alors pourquoi l'annihilation de cette paire de particule/antiparticule ne produit pas d'énergie ?

Parce que ce sont des particules virtuelles.

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Et le total de l'énergie de la paire virtuelle est 0. Donc pas de photon. (*)
(notons que ce n'est vrai que pour des particules virtuelles dans les pures fluctuations du vide, les fameux diagrammes de Feynman vide-vide. Pour d'autres particules virtuelles, celles échangées entre d'autres particules lors d'une interaction entre particules "réelles" par exemple, n'ont pas cet aspect curieux).

Notons aussi qu'en toute rigueur ça ne devrait pas être de pures fluctuations du vide, elles interagissent avec le champ gravitationnel ce qui n'apparait pas clairement dans la théorie (déjà assez difficile comme ça, et c'est peu de le dire) car le champ gravitationnel n'y est pas quantifié. Ce qui fait que.... j'aime beaucoup l'explication de Resartus avec le potentiel, je n'avais jamais pensé à l'expliquer comme ça (on n'a pas toujours le déclic pédagogique).

(*) je n'entrerai pas dans plus de détail là. Pour ces histoires d'énergie négative en théorie quantique des champs faut déjà facilement une trentaine de lignes pour avoir une vulgarisation pas trop dégueulasse et ici ça se complique car on parle d'accélérations/gravitation. Les transformations de Bogoliubov (concernées ici) sont d'une simplicité (mathématique) enfantine mais les expliquer.... baaaaaah Ceci dit, ça a déjà été expliqué dans le forum, faut juste retrouver ça. Peut-être avec une recherche sur ce nom. Pas facile.

[papy-alain]

Si le trou noir diminue, c'est juste qu'une des deux (peu importe laquelle) descend plus bas dans le trou. C'est son énergie potentielle (de gravitation) qui est négative et va décroitre encore, tandis que celle qui s'est échappée a acquis une énergie suffisamment positive pour s'échapper ("s'évaporer").

... j'aime beaucoup l'explication de Resartus avec le potentiel...

Bonjour.
Je suis un peu surpris par cette vision des choses. Quelle différence fait on dans ce cas entre une particule virtuelle ayant acquis une énergie potentielle négative en tombant dans le TN et une particule réelle qui tombe également dans le TN ? Pourquoi la particule réelle conserve-t-elle son énergie positive en tombant, alors que c'est le contraire pour la particule virtuelle ?

[Deedee81]

Salut,

Bonjour.
Je suis un peu surpris par cette vision des choses. Quelle différence fait on dans ce cas entre une particule virtuelle ayant acquis une énergie potentielle négative en tombant dans le TN et une particule réelle qui tombe également dans le TN ? Pourquoi la particule réelle conserve-t-elle son énergie positive en tombant, alors que c'est le contraire pour la particule virtuelle ?

Particule virtuelle = particule réelle (enfin, pour moi, la différence est circonstancielle, je peux expliquer).
Et ici en particulier, comme les deux particules (virtuelles) ne s'annihilent pas, la particule qui tombe dans le TN devient une particule réelle (de même l'autre qui s'échappe).
C'est donc une particule réelle d'énergie négative (alors que celle qui s'échappe est d'énergie positive). Ce qui est bel et bien possible en théorie quantique des champs (même si on n'en parle pas souvent car ça ne se manifeste que dans des circonstances "spéciales" : les référentiels accélérés ou avec la gravité : Unrunh, Hawking, un miroir accéléré)
(je peux aussi approfondir, c'est juste que ça m'énerve de répéter et ça prend du temps.... que je n'ai pas)

[papy-alain]

Je suis épaté par ces théories. On ne sait toujours pas comment la gravité peut être intégrée à la mécanique quantique, mais on décrit très précisément comment tout se passe en espace-temps courbe, comme si on décrivait des phénomènes observés. Cela me sidère.

[Deedee81]

Salut,

Je suis épaté par ces théories. On ne sait toujours pas comment la gravité peut être intégrée à la mécanique quantique, mais on décrit très précisément comment tout se passe en espace-temps courbe, comme si on décrivait des phénomènes observés. Cela me sidère.

Ces phénomènes pas encore observés sont évidemment à prendre avec un grain de sel. Comme toute prédiction théorique non encore validée. On aurait pu dire ça des ondes gravitationnelles avant leur détection (même indirecte avec les pulsars)..... euh, je crois que cela avait été dit d'ailleurs

Mais :
- Tu remarqueras que dans la vulgarisation (et donc aussi ici ) c'est toujours des trucs comme ça qui fascinent les passionnés/amateurs (et pas seulement eux d'ailleurs).
- Ici les théories utilisés sont très solides et validées (théorie quantique des champs, relativité générale). On ne fait qu'étendre la formulation de la tqc à un espace-temps courbe plutôt que de Minkowski. Ni plus, ni moins. Pas d'hypothèses sauvage dans l'escarcelle.
- Les conditions physiques sont généralement peu "sauvages" (sauf pour un trou noir en fin d'évaporation)
- Il existe des effets connus qui s'en approchent, comme l'effet Casimir dynamique qui peut se décrire avec les mêmes outils et qui a bien été vérifié expérimentalement
- Les liens avec la thermodynamique rendent très plausibles les résultats (même si ce n'est pas là qu'on trouvera la raison profonde de ce lien)

Il y a donc de bonnes raisons de faire confiance à ces résultats.

MAIS, soyons juste, et voyons aussi le revers de la médaille :
- Le rayonnement de Hawking dépend aussi de détails fins à l'échelle de Planck. Et même si des hypothèses, on va dire raisonnable, ne mettent pas les résultats en périls, j'ai vu des exceptions (j'aurais un peu de mal à retrouver l'article, c'était dans ArXiv, je l'ai imprimé mais la liste des articles chez moi fait un mètre de haut !!!!)
- On sait bien que la gravité quantique semi-classique (tenir compte des effets de la théorie quantique des champs dans l'équation d'Einstein, la "back réaction") pose des difficultés : paramètres libres (dus à la renormalisation) et inconsistances.

On n'est donc pas à l'abri d'une surprise. Mais c'est comme pour les vérifications, on n'a rien à se mettre sous la dent dans ce sens là non plus. Donc, faute de grives on mange des merles

Et puis, comme tout les scientifiques, j'aime bien moi les surprises, surtout quand on approche de Noël

[papy-alain]

J'ai lu récemment (je ne sais plus où) que les particules du RH, émises tout près de l'horizon, devaient posséder au départ une fréquence quasi infinie, ce qui ferait descendre la longueur d'onde supposée sous la distance de Planck, et ça pose un gros problème. L'article précisait que, dans ce sens, les calculs de Stephen Hawking devraient être revus, mais on ne sait pas comment s'y prendre.
Des problèmes comme celui-là (je ne vais pas les citer tous) empêchent de se faire une idée précise de ce qui se passe réellement dans l'environnement proche de l'horizon. Je ne doute pas que les théories quantiques que tu évoques soient validées, mais le sont elles encore dans un environnement aussi extrême ?

[Deedee81]

J'ai lu récemment (je ne sais plus où) que les particules du RH, émises tout près de l'horizon, devaient posséder au départ une fréquence quasi infinie, ce qui ferait descendre la longueur d'onde supposée sous la distance de Planck, et ça pose un gros problème. L'article précisait que, dans ce sens, les calculs de Stephen Hawking devraient être revus, mais on ne sait pas comment s'y prendre.

Tout à fait. C'est le premier soucis que j'ai dit, après le "MAIS".

Des problèmes comme celui-là (je ne vais pas les citer tous) empêchent de se faire une idée précise de ce qui se passe réellement dans l'environnement proche de l'horizon. Je ne doute pas que les théories quantiques que tu évoques soient validées, mais le sont elles encore dans un environnement aussi extrême ?

Non, sinon je ne parlerais pas de soucis (heu, c'est pas l'environnement qui est extrême, c'est le besoin d'examiner une si petite échelle, en réalité, au moins pour les trous noirs super massifs, près de l'horizon les conditions physiques ne sont pas beaucoup plus extrême que dans le système solaire.... enfin, tant que tu acceptes d'être en chute libre , les coefficients du tenseur de courbure n'y sont pas monstrueux que ça. Pour les TN stellaires c'est un peu plus "brutal", les forces de marées sont déjà mortelles près de l'horizon ).

Précision utile : note que le rayonnement de Hawking ne prend pas naissance sur l'horizon, juste pas loin. Son énergie/fréquence est donc loin d'être infinie. On est même loin de la limite de Planck (sinon, là, crois-moi, on n'aurait vraiment pas confiance au résultat !!!!). Mais il y en a aussi naissant tout près de l'horizon, aussi près qu'on veut, et c'est cette petite partie qui pourrait poser des soucis et foutre en l'air tout le reste (elle n'est petite que si on fait confiance au calcul "à la Hawking"). Le diable est dans les détails dit-on, et c'est là qu'on pourrait (peut-être) avoir une surprise (*).

Selon les détails "supposés" de ce qui se passe dans cette "couche limite" :
- on a le rayonnement de Hawking, tout à fait habituel (c'est le cas pour presque toutes les valeurs qu'on peut donner aux paramètres utilisés pour faire les calculs)
- il n'y a pas de rayonnement ou quelque chose de fort différent (peu de paramètres y conduisent mais on ne peut l'exclure, ce n'est pas exotique comme hypothèses)
- Voire des trucs du style "mur de feu" ou autre trou blanc à la Rovelli

EDIT (*) Notons que les théories de gravitation quantique, une fois acceptées, ne font plus d'hypothèses et tout ça est alors vérifiable.
Et dans celles suffisamment mures comme les cordes ou les boucles, tout est ok.
Mais ces théories sont encore moins validées !!!!! Donc, c'est rassurant mais pas suffisant, loin de là, pour trancher.
L'avenir nous dira quoi (enfin, j'espère)

reEDIT j'ai retrouvé une référence (celle dont je parlais en fait) sur les difficultés sur la "couche limite", c'est discuté ici :
https://arxiv.org/pdf/1212.6821.pdf
"Black holes and Hawking radiation in spacetime and its analogues", Ted Jacobson
Vers la fin : "5 Short wavelength dispersion"
rereEDIT désolé, c'est assez technique (et en englich)

[JPL]

Voire des trucs du style "mur de feu" ou autre trou blanc à la Rovelli

Juste une remarque en passant la traduction exacte de firewall dans le langage technique du bâtiment est pare-feu (ce peut être un mur mais aussi une porte résistante au feu), bref une structure qui ne laisse pas passer le feu. Non seulement mur de feu est une traduction inexacte pais de plus elle perd le sens originel de "structure" qui ne laisse pas passer.

[Mailou75]

mwai... en archi structurel=porteur et des «portes porteuses» on en fait pas encore ^^

[Deedee81]

Salut,

Juste une remarque en passant la traduction exacte de firewall dans le langage technique du bâtiment est pare-feu (ce peut être un mur mais aussi une porte résistante au feu), bref une structure qui ne laisse pas passer le feu. Non seulement mur de feu est une traduction inexacte pais de plus elle perd le sens originel de "structure" qui ne laisse pas passer.

Tiens, c'est exact ça. Je n'avais pas relevé. Je viens d'aller vérifier et cette mauvaise traduction est commune. Dommage car firewall est tout de même un terme assez commun en informatique et on sait bien que ça ne veut pas dire "mur de feu".

[Andrei2010]

En tant qu'informaticien j'avais décodé l'expression et bien compris l'intention originelle, et sans doute qu'il en est de même pour mes confrères qui fréquentent le forum.

Dans la pratique, le firewall informatique est plus proche de la passoire que du mur de pierre sans fissures et plus haut que les flammes
Que l'on me pardonne le hors-sujet...

[JPL]

Dans la pratique, le firewall informatique est plus proche de la passoire que du mur de pierre sans fissures et plus haut que les flammes
Que l'on me pardonne le hors-sujet...

Cela dépend du sérieux de celui qu’on utilise. Les bons bien réglés sont très efficaces.

Que l’on me pardonne la réponse

[Andrei2010]

Puisque tu as pardonné mon hors-sujet et j'ai pardonné ta réponse, pardonne donc ma réponse à ta réponse à mon hors-sujet

Les réglages des FW ne font pas tout, hélas...

J'ai eu l'insigne honneur et l'immense joie de superviser une crise dans une filiale connue d'un groupe bancaire très connu : les utilisateurs lambda avaient eu la mauvaise idée d'ouvrir une pièce jointe contenant un virus rançonneur. Et ça a démarré, évidemment, lorsque j'étais parti chercher mon véhicule de fonction chez le concessionnaire : conférence téléphonique dans l'autobus à l'aller et dans la tuture au retour, et 12h de taf journalier, et aucune décontamination en vue. On a changé les disques durs verrouillés, point-barre. Deux jours plus tard, on s'est pris une 2e attaque, tout aussi parfaitement filtrée par le FV, avec un rançonneur qui verrouille aussi les lecteurs réseau auquel est connecté le PC de la victime... Inutile de préciser que depuis, je refuse des postes de responsable opérationnel de compte

Mais que m'arrive-t'il donc ? J'ai été tout récemment d'accord avec Mailou75, et maintenant je discute en HS avec JPL ! Qu'on me crucifie, qu'on m'incinère et qu'on disperse mes cendres en orbite basse martienne !

[Deedee81]

Salut,

En tant qu'informaticien j'avais décodé l'expression et bien compris l'intention originelle

Idem.

C'est sans doute pour ça que je n'ai pas tilté sur la traduction anormale. Enfin, bon, tout est rentré dans l'ordre. Fin du HS pour moi (et il n'y a plus beaucoup de réaction, le sujet est déjà épuisé ? )