Un seau met la théorie du photon en doute

[invite8c514936]

Effectivement on converge...

Pour un electron, c'est evident, c'est un concept indépendant de la notion de champs. On peut parler d'un electron, sans parler d'un champ de Fermion.
Mais pour un photon, particule sans masse, je trouve ça plus ambigue, car pas de champ, pas de photon. Par contre un vide de photon, ne veut pas dire absence de champ EM (fluctuation du vide).

Pourquoi cette nuance ? Sans champ de fermion, pas d'électron non plus ! Et dans un vide d'électron, il n'y pas non plus absence de champ fermionique, et il y a aussi des fluctuations quantiques (Lamb shift par ex.), non ?
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[spi100]

Effectivement on converge...


Pourquoi cette nuance ? Sans champ de fermion, pas d'électron non plus ! Et dans un vide d'électron, il n'y pas non plus absence de champ fermionique, et il y a aussi des fluctuations quantiques (Lamb shift par ex.), non ?

Oui, je suis d'accord, mais je voulais introduire en douceur que le champ quantique est le concept premier, et que ce que l'on nomme particules sont en fait des exitations élémentaires de ce champ plutot que des composants de ces champs.

Maintenant l'introduction de cette nuance me parait quand même justifiée d'un point de vue historique, et du point de vue de la réprésentation commune que l'on en a (meme si elle n'est pas tout à fait juste). Durant notre enseignement, on nous a parlé d'electron avant de nous parler de champ de Fermions. A l'inverse on nous a parlé de champ EM, avant de nous parler de photons.
C'est seulement avec la théorie quantique des champs que l'on a unifié tout ça en champ de Bosons et en champ de Fermions.

[invitea0046ad4]

Dire que le photon est un grain de lumière bien localisé et de qte de mvt precisement hk est faux, c'est une image que je retrouve souvent et mon intervention visait juste à alerter sur ce point.

Je n'ai jamais eu le moindre doute là-dessus.

Je pense que mon raisonnement vous gêne car j'assimile le photon aux modes propres du champ, je viens juste de m'en rendre compte. Vous pensez à raison, à une particule, notion indépendante d'un quelconque choix de base. Et cette particule peut être dans un état |k> ou une superposition de |k>, ou tout autre choix de ket.

Oui, c'est exactement ce qui me gênais : faire dépendre l'existence du photon et ses propriétés d'un choix particulier de décomposition du champ. Alors que le photon existe bien physiquement en tant que particule, et se manifeste par exemple dans les processus de détection typiquement quantiques.

[spi100]

Je n'ai jamais eu le moindre doute là-dessus.



Oui, c'est exactement ce qui me gênais : faire dépendre l'existence du photon et ses propriétés d'un choix particulier de décomposition du champ. Alors que le photon existe bien physiquement en tant que particule, et se manifeste par exemple dans les processus de détection typiquement quantiques.

Du point de vue de la théorie des champs quantiques, ce que tu observes dans un expérience ce sont des transitions entre deux états de champs suite à une interaction.
La description que tu fais du processus d'interaction va quand même bien dépendre de ce que tu auras utilisé comme base de ton espace de Fock.

[invitea0046ad4]

Du point de vue de la théorie des champs quantiques, ce que tu observes dans un expérience ce sont des transitions entre deux états de champs suite à une interaction.
La description que tu fais du processus d'interaction va quand même bien dépendre de ce que tu auras utilisé comme base de ton espace de Fock.

Oui, bien sûr, je suis d'accord.
On a un peu dérivé par rapport à la question que je me posais en #34 parce que j'ai réagis à l'association photon-onde plane.
Le point où je voulais en venir était simplement que le photon existe en tant que particule et qu'on le détecte. Après, on peut toujours discuter du formalisme mathématique le décrivant, des bases utilisées, etc.,

Pour revenir à ma question de départ, je cherchais à recenser les expériences de validation de l'invariance de la célérité de lumière fondées sur l'aspect corpusculaire, l'expérience de Michelson dépendant de l'aspect ondulatoire.
En toute généralité, on a trois grandeurs :
- la célérité de l'onde électromagnétique, telle que définie dans les équations de Maxwell. Appelons la c(Maxwell)
- la vitesse de propagation de la particule photon, particule qui se manifeste dans les processus de détection quantique (effet photoélectrique par exemple). Appelons la c(Planck)
- la vitesse qui apparait dans la tranformation de Lorentz. On la notera c(Lorentz).

Les explications qui précèdent montrent (en partie, voir remarque
qui suit), en utilisant la théorie, que ces trois vitesses sont égales et que la théorie est consistante. La remarque est que le fait que la transformation de Lorentz puisse se démontrer indépendamment des équations de Maxwell implique que l'on doit justifier quelque part que c(Maxwell)=c(Lorentz) en théorie. Je ne connais pas cette démonstration, mais je fais confiance aux théoriciens, celà a dû être fait. Je note quand même que dans un milieu matériel, c(Maxwell)<c(Lorentz).
Ma distinction entre c(Maxwell) et c(Planck) est basée sur le fait que
la particule photon a bien une existence physique, ce n'est pas simplement un artefact mathématique dépendant d'une décomposition particulière du champ. Cette existence est attestée par la détection quantique.
J'admet également que la localisation ponctuelle n'est pas une condition nécessaire à l'existence physique d'une particule, ce qui n'empêche pas de définir ici un temps de vol car le photon est délocalisé dans le plan transverse à la direction de propagation de l'onde.

Dans un second temps, je cherchais les justifications expérimentales à l'égalité de ces trois quantités d'une part, et à leur invariance par
changement de référentiel d'autre part.
L'expérience de Michelson montre expérimentalement l'invariance de c(Maxwell). c(Lorentz) est invariante par définition même.

Il me semblait que l'émission de photons (par un laser par exemple) et la mesure du temps de vol par la détection avec un détecteur quantique permettait de mesurer c(Planck), pour s'apercevoir expérimentalement que c(Planck)=c(Maxwell), à la précision expérimentale près, dans la situation ou le détecteur est fixe par rapport à la source.

Et mes questions étaient :
- quelles sont les expériences montrant l'invariance de c(Planck) ?
- avec quelle précision expérimentale sait-on que c(Planck)=c(Maxwell) ?

Il ne s'agit plus ici de théorie, mais de confirmations expérimentales.

[spi100]

Les explications qui précèdent montrent (en partie, voir remarque
qui suit), en utilisant la théorie, que ces trois vitesses sont égales et que la théorie est consistante. La remarque est que le fait que la transformation de Lorentz puisse se démontrer indépendamment des équations de Maxwell implique que l'on doit justifier quelque part que c(Maxwell)=c(Lorentz) en théorie. Je ne connais pas cette démonstration, mais je fais confiance aux théoriciens

Dans la transfo de lorentz, tu vois qu'une vitesse maximale intervient du fait du 1/sqrt(1 - (v/vmax)^2).
Tu appliques cette transformation à l'équation de Dalembert que tu obtiens pour les différentes quantités du champs EM, ce qui t'impose d'identifier vmax = c. Ensuite tu es quand même obligé de postuler que rien ne se propage plus vite que la lumière dans le vide.

[spi100]

Il faudrait ajouter que la conclusion de ce que je raconte au dessus et que l'égalité c(lorentz) = c(maxwell) se justifie par le fait que l'on a pas encore trouver de signaux se propageant plus vite que c(maxwell).

[spi100]

Lambda0, jette un oeil à la page d'oncle Dom (un intervenant de fr.sci.physique) : http://perso.wanadoo.fr/oncle.dom/as...c/mesure_c.htm

[invitea0046ad4]

Spi100

Bonjour
Site très intéressant. Il y a quelques expériences que je ne connaissais pas.
On a bien plusieurs types d'expériences :
- celles mesurant c(Maxwell), reposant par exemple sur l'interférométrie, mais aussi sur la détection d'ondes radiofréquences (on mesure dans ce cas le des courants électriques correspondant à des électrons mis en mouvement par la force de Lorentz, donc c'est bien une mesure de c(Maxwell).
- celles mesurants c(Planck), mettant en oeuvre un laser
Et on trouve que c'est bien égal, avec une excellente précision, tous les éléments du système de mesure étant fixes ou se déplaçant à très faible vitesse.

Il ne me semble pas avoir vu de mesure de l'invariance de c(Planck) par changement de référentiel.
J'imaginerais par exemple une expérience de détection quantique dans laquelle un des éléments est mobile par rapport au détecteur : un miroir sur lequel se réfléchirait un faisceau laser avant de revenir à un détecteur lié au laser.

[invitea0046ad4]

La page du site conclut par :
"Ainsi, non seulement le problème de la variation de c est interdit d'expérience, mais il est discrédité."

Mais quelques physiciens parlent quand même de vitesse variable de la lumière. Donc ces physiciens sont discrédités ?
C'était juste en apparté, ce n'était pas le propos de la discussion.

[spi100]

La page du site conclut par :
"Ainsi, non seulement le problème de la variation de c est interdit d'expérience, mais il est discrédité."

Mais quelques physiciens parlent quand même de vitesse variable de la lumière. Donc ces physiciens sont discrédités ?
C'était juste en apparté, ce n'était pas le propos de la discussion.

Je ne crois pas que c'est ce que veut dire Oncle Dom. Il dit que c est devenu un étalon de mesure, et que juste on la transformé et redéfinit en quelque chose de constant alors que finalement on en est pas sûr.

[invitea0046ad4]

OK
Je vais m'en tenir là pour cette discussion.

En guise de conclusion :
Tout celà pouvait sembler un peu basique. Après tout, il s'agit d'un sujet rebattu depuis un siècle.
Je cherchais juste à me rafraichir la mémoire et à expliciter les postulats, les expériences menant à ces postulats, et relations de dépendances entre les théories EM/MQ/R.
Je n'ai pas vraiment de réponse à ma dernière question, mais je n'ai pas le moindre doute sur le fait qu'on trouverait c(Planck) invariant par changement de référentiel avec autant de décimales que c(Maxwell).

Cette discussion devrait quand même intéresser d'autres personnes et achever de convaincre que celà n'a pas de sens de calculer une masse au photon en utilisant des théories qui ont été construites à partir de la constatation expérimentale que le photon n'a pas de masse mesurable avec les moyens actuels (car s'il en avait une, on mesurerait des différences entre c(Maxwell), c(Planck) et c(Lorentz) telles que je les ai définies plus haut)
La théorie est consistante, et si le photon a une masse, celà ne peut être déduit que d'une expérience.

Merci pour vos lumières...