E,B,V,A,Polarisation & .... PHOTONs

[invite51ba12d6]

Salut!

Les mauvaises habitudes ont la peau dure ...
Le chemin histrique (chronologique) n'est pas forcement
le meilleur!
Si on prend l'exemple de l'electrodynamique, c'est flagrant!

On commence par introduire le champs Elec, puis Mag
et apres (meme si fondamentalement on ne sait rien)
les potentiels vecteurs et scalaires.. qui resent tout aussi enigmatique ...
On fait alors des tas de trucs; propagation (dipoles..)
interfernece, diffraction, indice, absorption, diffusions,....

On a alors le sentiment d'avoir compris !
et on fait pour l'ingenieur c'est cela la comprehension! pouvoir faire des calculs.

Pour un physicien, c'est different, car il sait qu'il ne sait rien en fait... il cherche encore plus... et la il fait
impeu de Geometry diffenrentielle et apprend que E, B ne sont pas des vecteurs ... etc.
Sans parler de la relativité restreinte.....
On lui apprendra plus tard la QED et on lui dira qu'en fait
tout est dans le photon!

Question: Je suis perdu!
Qesqu'un champs Electrique-magnetique, un potentiel,
un etat de polarisation, .. FONDAMENTALEMENT!
et le lien direct avec le photon.

Merci!
-----

[Coincoin]

Salut,
Tu peux avoir plusieurs modèles, plus ou moins fondamentaux, pour décrire les mêmes phénomènes. Ces modèles utiliseront leur propres outils et concepts et ne seront pas forcément cohérentes entre eux.
Par exemple, demander quelle est la force de gravitation en relativité générale n'a pas de sens, car le concept de force n'y existe pas.

[invite51ba12d6]

Salut, et merci pour la reponse!


Je suis tout a fai d'accord quand au fait qu'il peux exister
plusieurs modeles differents et incompatibles entre eux....
mais il y'a toujours a modele plus fondamentale que les
autre et qui tend vers les autres! il les englobe.
Tu as pris l'exemple de la RG, cette theorie nous dit qu'il N'Y A PAS DE FORCE GRAVITATIONNELLE! ce n'est qu'un effet du a la courbure de l'espace temps!
et c'est cela la verite! (relative, je ne veux pas parler
de la gravité quantique ...) meme si Newton dit le contraire, le fait est que Newton est un cas particulier d'Einstein!
Donc si qq veux comprendre la force gravitationnelle, il devra s'orienter vers la RG et la comprendre les concepts classiques developpes par Newton.
Ma question est analogue a cela. je voudrais une explication FONDAMENTALE (---> QED) des concepts
classique de l'electrodynamique tels que E,B, A...

Voila. Merci.

[Gwyddon]

En QED on traite l'électromagnétisme via un tenseur champ ¹, qui se couple à la matière. Le photon est le potentiel vecteur . En fait, un photon est l'excitation élémentaire du champ électromagnétique.

Bref, ce n'est pas aisé, et nul besoin de se lancer dans ça pour comprendre à un niveau basique ce qu'est l'électromagnétisme

__________________
1 : en espace-temps plat uniquement. En espace-temps courbe, il faut remplacer par la dérivée covariante et introduire les coefficients de Christoffel

[A voir en vidéo sur Futura]

[mariposa]

je voudrais une explication FONDAMENTALE (---> QED) des concepts
classique de l'electrodynamique tels que E,B, A...

Voila. Merci.

Les champ E et B

Schématiquement l'énergie (hamiltonien) électromagnétique s'écrit sous la forme E2 + B2 qui est une forme quadratique analogue a l'hamiltonien d'un oscillateur harmonique P2 + Q2
.
Le champ électromagnétique apparait après transformée de Fourier comme une collection infinie d'oscillateurs harmoniques qui après quantification donne des niveaux régulièrement espacés que l'on appelle photons.
.
Les potentiels vecteurs et scalaire.
.
Initialement on pensait que c'étaient des outils mathématiques sans signification physique. on a en fait montré expérimentalement(Arhonov-Bohm) qu'un potentiel vecteur controle la phase en MQ.
.
Voilà une toute petite introduction.

[invite51ba12d6]

Merci Mariposa!
C'est deja un debut!

pour apporter une petite precision, je tient
a dire que je suie en derniere annee de licence en ... Physique theorique (je n'ai pas suivi de cours de QED), donc n'ayez surtout pas peur
des mots...

Mariposa, saurais-tu ou est-ce que je pourrais approfondire ce que tu m'a dit?

[mariposa]

Merci Mariposa!
C'est deja un debut!

pour apporter une petite precision, je tient
a dire que je suie en derniere annee de licence en ... Physique theorique (je n'ai pas suivi de cours de QED), donc n'ayez surtout pas peur
des mots...

Mariposa, saurais-tu ou est-ce que je pourrais approfondire ce que tu m'a dit?

.
Dans un premier temps il faut apprendre la mécanique quantique. dans les ouvrages de base la quantification du champ électromagnétique est traitée. Beaucoup de gens aiment le Livre de Cohen-Tanoudji et al...
;
Tu dois pouvoir trouver des pdf dans la bibliothèque virtuelle de Rincevent sur ce site. Il ne t'en coutera rien du tout. D'autres que moi, qui sont des étudiants, pourront peut-être te conseiller.
.
Bon courage.

[invite455504f8]

le problème de la théorie quantique c'est qu'elle a besoin de la théorie classique.
L'électrodynamique quantique se construit par quantification des équations de Maxwell
Il est donc parfaitement justifié de commencer par apprendre la théorie de Maxwell 'classique'
Par ailleurs il y a finalement peu de phénomènes qui nécessitent de considérer le champ électromagnétique quantifié.
Et la notion de photon est très délicate à manipuler: ce n'est en aucune façon 1 "grain" de lumière, tout ce que l'on peut dire c'est que c'est "une excitation élémentaire de champ quantique" ça peut faire plaisir de manier du vocabulaire pédant mais ça n'aide pas à la compréhension.
Par ailleurs, on peut discuter du caractère plus ou moins 'fondamental' du concept de photon. Je comparerais ça à la mécanique des fluides: un fluide continu ça n'existe pas, mais est-il vraiment plus fondamental de considérer un fluide comme une agrégation de particules que comme un milieu continu décrit par Navier-Stokes? Est-ce ça aide à comprendre la turbulence ou à décrire les tsunamis?

[invite51ba12d6]

Merci Mariposa et feldid!

Mariposa, je connais bien la MQ ne t'inquiete pas!
Feldid, je crois que tu m'as compris.
quantifier le champs EM pour aboutir au photon et dire
ensuite que le photon est la base de tout me parrait
vicieu ..
Ma quete est comment en partant du photon, remonter
au champs E,B ?
sinon je ne peux pas concevoir l'existence intrinseque du photon!
si il existe vraiment, on doit pouvoir construir les champs E et B avec!

ai-je tort ?

[invite51ba12d6]

Les questions qui me viennent a l'esprit maintenant sont:
- Lequel des deux concept engendre l'autre ?
(champs E, B et Photons)
- E, B et le photon sont-ils complementaire?
- Si c'est le photon qui est l'origine de tout, quel est le
champs elec ou mag d'un seul photon ?
que signifirait alors sa polarisation?


Jouer avec des concepts classique en MQ est un jeu des
plus XXX

[invite455504f8]

Les questions qui me viennent a l'esprit maintenant sont:
- Lequel des deux concept engendre l'autre ?
(champs E, B et Photons)
- E, B et le photon sont-ils complementaire?
- Si c'est le photon qui est l'origine de tout, quel est le
champs elec ou mag d'un seul photon ?
que signifirait alors sa polarisation?


Jouer avec des concepts classique en MQ est un jeu des
plus XXX

il n'y a pas à séparer ces concepts: il y a le champ électromagnétique (E,B).
Ce champ est quantique et sa quantité élémentaire est le photon
lorsqu'il y a bcp de photons en jeu, le champ se comporte comme un champ classique.
(j'admets que ce que je dis est relativement imprécis).
Maintenant il faut être prudent:
si on prend un atome excité qui se désexcite en émettant un "photon", la forme que prend le photon dépend de l'environnement de l'atome: ce ne sera pas le "même" photon dans le vide ou dans un milieu structuré par exemple.
D'une certaine façon, on pourrait dire qu'il y a une certaine quantité d'énergie électromagnétique disponible qui peut exister sous plusieurs formes.
Bon maintenant Sommerfeld disait: parlons de photons lors de la création et de l'annhilitation, entre les deux (ie la propagation) c'est Maxwell....

Il faut savoir que pour beaucoup de physiciens le terme photon est synonyme de paquet d'ondes et ne renvoie pas nécessairement à un champ quantique
Pour ce qui est de la polarisation d'un photon c'est simplement celle du champ (E,B) associé.
Pour finir, citons Einstein:
"50 ans de réflexion consciente ne m'ont pas permis d'approcher de la compréhension de ce qu'est un photon. Il est vrai qu'actuellement n'importe quel crétin croit savoir de quoi il parle, mais il se trompe" (je cite de mémoire)

[Karibou Blanc]

Ca a déjà été dit il me semble mais :

Le photon est une excitation élémentaire du champ électromagnétique.
Si tu connais la MQ, tu pourras me suivre si je dis :

la densité d'énergie contenu dans un champ EM est donnée par E^2+B^2. Ca ressemble drolement à la somme d'un terme potentiel et cinétique et en plus c'est quadratique, ie ce n'est ni plus ni moins qu'un oscillateur d'harmonique ! En fait c'est tout une collection d'oscillateurs (une infinité même, un par fréquence et polarisation du champ EM). Si tu quantifies ces oscillateurs harmoniques, tu quantifies le champ EM.
Le photon n'est ni plus ni moins que le quantum du champ EM.

D'une manière générale en physique théorique on considère que le champ est l'entité fondamentale et que les particules en sont "déduites" en les définissant comme quanta d'excitation des champs.

KB

[mariposa]

Les questions qui me viennent a l'esprit maintenant sont:
- Lequel des deux concept engendre l'autre ?
(champs E, B et Photons)
- E, B et le photon sont-ils complementaire?
- Si c'est le photon qui est l'origine de tout, quel est le
champs elec ou mag d'un seul photon ?
que signifirait alors sa polarisation?


Jouer avec des concepts classique en MQ est un jeu des
plus XXX

OK. tu as 1 minimun de MQ
.
Tu as donc compris que partant de l'énergie classique du champ électromagnétique tu obtiends un jeu infini d'oscilateurs harmoniques qui définissent des modes. Chaque mode va se trouver quantifier en niveaux discrets espacés d'une même énergie. Le photon c'est la différence entre 2 niveaux d'énergie. C'est bien un quantum d'énergie et ça ne ressemble a rien à l'idée classique de particules. On dit que c'est une excitation élémentaire du vide électromagnétique.
.
Ce qui te manque je pense est comment faire le chemin inverse cad partir de la description quantique et reconstruire une onde éklectromagnétique classique et donc retrouver E et B.
.
On démontre si on fait une superposition linéaire (avec des coefficients ad'hoc) des états quantifiés de l'oscillateur harmonique on a 1 état qui n'est pas un état propre de l'hamiltonien mais qui représente une onde électromagnétique classique. on appelle ça un état cohérent de Glauber.
.
La démonstration se trouve dans tous les bons livres de MQ.

[Floris]

Bonjour, j'aimerais savoir quand esque l'on effectue une transphormée de fourier en MQ ? bon je reconais que ma question est un peut vaste mais ne fais t'on pas ce genre d'opération pour obtenir une densitée de probabilitée?

Désolé si ce que je dit est de la pure betises, j'essais de mettre en ordre mes idées.

Merci à vous.
Flo

[Karibou Blanc]

Faire une transfo de fourier consiste est nécessaire lorsqu'il apparait plus pratique (ce qui est souvent le cas) de travailler dans la base des états propres d'impulsion.

Exemple simple de traitement du signal, j'ai deux signaux de fréquences différentes superposés, si je fais une représentation (un tracé quoi) temporelle de ce signal, je vois des bosses, des creux pas toujours régulier, bref c'est la m.... à analyser.
Maintenant je fais le meme tracé mais en fréquence (apres TF) , je remarque que le signal est très simple, il s'agit juste de deux pics séparés !
Cette remarque utilise une propriété générique des tranformées de fourier qui est que ce qui apparait étendu dans une variable (temps ici) devient très localisé lorsque j'exprime ma fonction en terme de la variable "conjuguée" (la fréquence ici). C'est très très utile ! pour filtrer des signaux par exemple.

Mais on s'égare de la discussion un peu je pense.

KB

[Floris]

Bonjour, merci pour cette réponse. Au risque de poser une question bete et inssencé, existe t'il des harmoniques associer à une particules? A ma conaissance non car la particule est une onde pure mais que pourrai t'il se passer si j'ai une soupe d'état différent?

Merci pour vos éclaircisements.
Flo

[mariposa]

Bonjour, merci pour cette réponse. Au risque de poser une question bete et inssencé, existe t'il des harmoniques associer à une particules? A ma conaissance non car la particule est une onde pure mais que pourrai t'il se passer si j'ai une soupe d'état différent?

Merci pour vos éclaircisements.
Flo

Le rapport entre particules et ondes est subtil. Il faudrait rentrer dans le coeur de la MQ.
.
Pour répondre directement a ta question la réponse est non. A une particule de quantité de mouvement P on associe une onde pure de longueur d'onde lambda= h/P.

[invite455504f8]

si la quantité de mouvement (la fréquence pour le photon) n'est pas parfaitement définie la réponse est oui!
1 photon peut s'écrire comme un paquet d'ondes!
"Pure-state single-photon wave-packet generation by parametric down-conversion in a distributed microcavity",
Phys. Rev. A 2005, vol. 72, no2B, pp. 023825.1-023825.13

[mariposa]

si la quantité de mouvement (la fréquence pour le photon) n'est pas parfaitement définie la réponse est oui!
1 photon peut s'écrire comme un paquet d'ondes!
"Pure-state single-photon wave-packet generation by parametric down-conversion in a distributed microcavity",
Phys. Rev. A 2005, vol. 72, no2B, pp.023825.1-023825.13

Bonjour,

Il faut préciser ce que tu veux dire. je n'ai plus accès à la littérature et donc a Phys. Rev.
.
Si on arrive par une technique ad'hoc a fabriquer un état à 1 photon ou même à 345 photons ce ne peut pas être de la lumière standard (ici lumière standard veut dire lumière cohérente d'un laser).
.
a vue de nez il semble qu'il puisse en utilisant une non linéarité quelconque a fabriquer un photon qui ne correspond pas à une différence de niveau de l'atome. Alors il y a découplage complet entre l'atome et le champ électromagnétique de la cavité. Le photon est alors une excitation propre du champ électromagnétique de la cavité.

[invite51ba12d6]

Le photon c'est la différence entre 2 niveaux d'énergie. C'est bien un quantum d'énergie et ça ne ressemble a rien à l'idée classique de particules. On dit que c'est une excitation élémentaire du vide électromagnétique.
.
Ce qui te manque je pense est comment faire le chemin inverse cad partir de la description quantique et reconstruire une onde éklectromagnétique classique et donc retrouver E et B.
.
On démontre si on fait une superposition linéaire (avec des coefficients ad'hoc) des états quantifiés de l'oscillateur harmonique on a 1 état qui n'est pas un état propre de l'hamiltonien mais qui représente une onde électromagnétique classique. on appelle ça un état cohérent de Glauber.
.
La démonstration se trouve dans tous les bons livres de MQ.

Salut et merci!

En quantifiant le champs fermionique on obtient des electrons! ce sont donc des excitations elementaire d'un certain champs!
Cela ne nous empeche pourtant pas de savoir ce qu'est un electron.
pourquoi dans le cas du photon ca bloque?!

Merci pour le spot sur Glauber, je connaissais pas.
(j'ai des bons livres de MQ (landeau, Tannoudji, ..) et la demo n'existe pourtant pas!)

si on prend un atome excité qui se désexcite en émettant un "photon", la forme que prend le photon dépend de l'environnement de l'atome: ce ne sera pas le "même" photon dans le vide ou dans un milieu structuré par exemple.

heuuu... tu peux etre plus precis stp!

Merci.

[Gwyddon]

Merci pour le spot sur Glauber, je connaissais pas.
(j'ai des bons livres de MQ (landeau, Tannoudji, ..) et la demo n'existe pourtant pas!)

Normal, les états cohérents de Glauber datent de 1965 à peu près, donc trop tard pour landau, et dans le même temps que le bouquin de Tannoudji. Glauber n'a reçu le prix Nobel qu'en 2005 pour cette découverte !

[invite51ba12d6]

OU est-ce que je pourrais trouver la demo alors, stp?

[Gwyddon]

Bonne question... Pour ma part je l'avais dans mon cours (on l'a faite en TD ). Mais je ne l'ai pas en version électronique

[Karibou Blanc]

Cela ne nous empeche pourtant pas de savoir ce qu'est un electron.

Ah bon ! Et c'est quoi pour toi un électron.

pourquoi dans le cas du photon ca bloque?!

Je ne vois pas ce que tu veux dire par ca bloque mais un des raisons pour laquelle l'électron a été "perçu" comme un corpuscule est son caractère fermionique. A cause du principe d'exclusion les électrons n'ont pas tendance à s'assembler entre eux, ce qui fait que le concept de champ sous jacent n'est pas flagrant en première approximation. Il le devient lorsqu'on regarde le comportement relativiste des électrons à des énergies grandes devant sa masse, car une fois franchi ce seuil, des pairs d'électron/antiélectron peuvent être créées à partir d'un seul électron ! La notion d'excitation d'un champ devient alors fondamentale.
(une autre raison est que l'électrodynamique est une interaction non-asymptotiquement libre, ie à grande distance l'interaction électromagnétique est de plus en plus faible, et un électron peut être facilement isolé et ses effets, observables)

Pour la lumière c'est complètement différent, les grains de lumière, les photons ou les excitations du champ EM sont bosoniques et peuvent donc très facilement s'assembler et former un état macroscopique cohérent qui aura le comportement d'un champ.

KB

[mariposa]

OU est-ce que je pourrais trouver la demo alors, stp?

.
Si,si c'est obligatoirement dans le livre de CohenTanoudji. Seulement il n'appelle pas çà état de Glauber. Cherche et tu trouveras.
.
Personnellement j'ai entendu la première fois l'expression état de Glauber dans un cours de Nozières (vers 1985) sur la superfluidité de l'hélium et j'ai fait le rapprochement avec la théorie classique de la lumière.
.
Par contre comme dit Coincoin tu ne peux pas trouver çà chez Landau.

[Karibou Blanc]

Seulement il n'appelle pas çà état de Glauber.

Exact, regarde plutot à état cohérent. Il me semble de mémoire qu'il y a un complément la dessus pour l'oscillateur harmonique.

[Gwyddon]

.
Si,si c'est obligatoirement dans le livre de CohenTanoudji. Seulement il n'appelle pas çà état de Glauber. Cherche et tu trouveras.

Pas sûr... Car la quantification du champ EM est à peine évoquée. Malheureusement je n'ai que le tome 2 sous la main, or je pense que s'il en parle, ce n'est que dans le tome 1, sous le nom d'état cohérent ou d'état quasi-classique.

Par contre comme dit Coincoin tu ne peux pas trouver çà chez Landau.

C'était moi

[Gwyddon]

Après vérification dans l'index, Cohen en parle page 560 (tome 1) sous le nom d'état quasi-classique

[mariposa]

Pas sûr... Car la quantification du champ EM est à peine évoquée. Malheureusement je n'ai que le tome 2 sous la main, or je pense que s'il en parle, ce n'est que dans le tome 1, sous le nom d'état cohérent ou d'état quasi-classique.

C'était moi

Veuille bien toi recevoir mes excuses les plus platement aidiabatique pour cette méprise abracadabrantesque. Avec toute reconnaissance de ta bravitude (ou bravoure, je sais plus...)

[mariposa]

Après vérification dans l'index, Cohen en parle page 560 (tome 1) sous le nom d'état quasi-classique

.
Muy bien. En fait la terminologie standard c'est plutôt état cohérent tout court. Néanmoins du point de vue pédagogique çà n'attire pas suffisamment l'attention. Comme c'est très important je propose état cohérent de Glauber. le mot cohérent en physique est un peu galvaudé.