qu'est-ce qu'un photon

[invite0e4ceef6]

salut

un photon:
est-ce que l'on peux dire qu'il equivalent a la hauteur/profondeur de la longueur d'onde, (la hauteur du creux/sommet de la vague, quoi)
est-ce cette "quantité/hauteur" peut-etre considéré comme un photon.

a savoir que la matière ne vas prendre en compte que la qantité entière de cette "profondeur" de l'onde comme etant de crete à crete: un photon

sot la longueur d'onde par la profondeur; chaque "hertz" représentat un photon

en fait a quoi correspond vraiment le photon dans l'onde, et pourquoi l'effet photoelectrique ne débute qu'avec une certaine fréquence??

merci
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[inviteca4b3353]

est-ce que l'on peux dire qu'il equivalent a la hauteur/profondeur de la longueur d'onde, (la hauteur du creux/sommet de la vague, quoi)
est-ce cette "quantité/hauteur" peut-etre considéré comme un photon.

Non. Maintenant quand on parle de la lumière et de l'onde, il faut préciser de quoi on parle. Amplitude ou intensité du champ EM.

Dans tous les cas, un photon est une excitation élémentaire du champ électromagnétique définie par une énergie (inversement proportionnel à la longueur) et une polarisation (qu'on appelle pompeusement une hélicité en physique des particules). Ainsi pour un mode (ou un niveau d'énergie) donné du champ, son amplitude (la hauteur de la vague en quelque sorte dans ta sémantique) est directement relié au nombre de photons excités.

sot la longueur d'onde par la profondeur; chaque "hertz" représentat un photon

Plus la fréquence est grande plus chaque photon (dans ce mode) est énergétique, mais une fréquence plus grande ne veut certainement pas dire qu'il y a plus de photon. La grandeur importante c'est la fréquence (c'est elle dicte la valeur de l' (de la monnaie d') énergie emmagasinée dans le champ EM) et non le nombre de photon (seul).

en fait a quoi correspond vraiment le photon dans l'onde, et pourquoi l'effet photoelectrique ne débute qu'avec une certaine fréquence??

Parce qu'il faut apporter au moins l'énergie qui lie l'électron au noyau pour l'extirper de l'attraction EM qui le piège dans l'atome. Maintenant il faut considérer deux choses, d'abord l'électron n'absorbera l'énergie lumineuse uniquement si cela l'ammene dans un niveau d'énergie stable permis par la mécanique quantique. Ensuite, l'énergie lumineuse est inversement proportionnelle à la longueur d'onde du rayonnement et transmissible uniquement un photon à la fois, c'est la règle en mécanique quantique. Ainsi pour une trop petite fréquence, le photon en question n'a pas l'énergie suffisante pour arracher l'électron, et en absorber plusieurs (photons) n'est pas permis car il n'existe pas de niveau d'énergie intermédiaire permis pour l'électron. Bref ce dernier ne peut faire la "courte échelle" avec un premier photon pour ensuite en absorber un second et s'arracher du noyau. C'est pourquoi on remarque un effet de seuil en fréquence pour l'effet photo électrique et ce quelque soit l'intensité du rayonnement (ie le nombre de photons). C'est qui avait surpris les gens en début, le fait que l'électron ne peut faire le courte echelle sur la lumiere pour se libérer du noyau, et c'est qui les a amenés au concept de photon d'ailleurs, à savoir que l'énergie lumineuse ne se transmet pas en continu mais par petit grain, et que l'énergie que peut avoir un électron est repartie en niveaux bien séparés.

[invitea774bcd7]

un photon:
est-ce que l'on peux dire qu'il equivalent a la hauteur/profondeur de la longueur d'onde, (la hauteur du creux/sommet de la vague, quoi)
est-ce cette "quantité/hauteur" peut-etre considéré comme un photon.

Non…

[f6bes]

un photon:
est-ce que l'on peux dire qu'il equivalent a la hauteur/profondeur de la longueur d'onde, (la hauteur du creux/sommet de la vague, quoi)
est-ce cette "quantité/hauteur" peut-etre considéré comme un photon

Bsr Quetzal,
Non cela n'a strictement rien à voir.
La hauteur/profondeur correspond à une AMPLITUDE d'un signal.
Ex: une longeur d'onde de 100m peut trés bien avoir une amplitude faible ou au contraire trés élevée.
En mer la distance entre deux vagues correspond à une onde (de la vague).
Par contre la hauteur des vagues peu etre faible (pas trop d'écart entre haut et bas) ou au contraire élevée.
Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0e4ceef6]

oki merci a vous tous, (un spécial pour karibou)

donc si j'ai bien compris, le fait que l'on parle de photon, ne serait pas dû a une propriété intrinsèque la lumière ou de l'onde, mais bien a une spécificité des atomes.
l'existance du photon est relative a une necessité propre; energétique du passage de l'electron a une orbite supérieure..

l'onde vehiculant ne vehicule pas intrinsèquement de photon, il n'est qu'une réponse "normé" des atomes..

[invite0e4ceef6]

pas de réponse??

[invitea774bcd7]

l'existance du photon est relative a une necessité propre; energétique du passage de l'electron a une orbite supérieure..

Oui, c'est pas bête…
On a inventé le concept de photon quand on a vu que la lumière ne pouvait être absorbé ou émise que par quantités finies indivisibles.

Tu te poses des questions trop existentielles… Le photon n'existe pas vraiment; c'est comme le phonon. On a nommé ces choses parce que on ne savait pas faire autrement.

[invite0e4ceef6]

je me pose trop de question existencielle?? t'es sur ??

bah, je pensais que le photon etait directement lié a une particularité physique de l'onde.. et que donc il se déplaçait avec elle.. et que donc la notion de particule avait un sens intrinsèquement lié a l'onde, et non relativement a un atome..
ça me fait bizare, tout de même que ces réponses. je m'attendais vraiment a ce que le photon soit au moins un paquet d'onde, alors qu'il n'est qu'une variable necessaire a l'electron.

mais alors qu'est-ce que l'electron?? si il est aussi un quanta, de quoi est-il le quanta?? de l'orbitale, chaque orbitale ayant un nombre définie d'electron par niveau.
arf, si le photon, l'elctron, et un atome seul peux diffracter, c'est que tous sont des ondes et sont les quantas de quelquechoses.
si je comprend pour le photon et l'electron par rapport a l'orbitale, de quoi les atomes sont ils les quantas?? surtout qu'il semble eux aussi s'étager selon des normes bien précise si l'on en croit mendéleiev??

pff, j'ai du mal là, ça devient dur drole d'étagère que cette quantique.

[invitea774bcd7]

je me pose trop de question existencielle?? t'es sur ??

Certain, oui

[invite8653e861]

Pour ma part photon, phonons, élèctrons... ne sont que des outils mathématiques imaginés pour pouvoir interpreter certaines experiences (effet photoélectrique..).

Au final ce sont des outils pratiques pour le scientifique pour se représenter la réalité. Mais statuer sur l'existance réelles de ces concept n'est pas indispensable en science, car on peut très bien les utiliser même s'ils n'existent pas puisque un des principaux but de la science est d'utiliser un modèle mathématique pour prédire le résultat d'une expérience, du moment que la prédiction et le résultat sont en accord, le contenu du modèle n'a que peu d'importance.

Ceci est ma vision, plutot empiriste, qui n'est pas partagée par tout le monde

[invite0e4ceef6]

en mathématique peut-etre, mais en physique il m'étonnerais fortement que l'on chippote sur la réalité d'un concept.

que les math utilise des chimères, des licornes, ou des moules a gaufres, comme concept dernier pas de problème. tout le monde a droit a avoir ces infinies de zero a soit et ces nombres complexe bien pratique

mais la physique peut-elle se permettre de ne pas justifier les concepts qui sont sencé etre les représentation formelle du réel ??

soit, que la physique use eds chimère mathémtique pour parvenir a ses fins, pourquoi pas, mais que les concept premiers soit aussi des chimères??

là, il devient facile de faire corréller les expériences entre elle avec des rustines virtuelles..

j'aime autant les math que la méta-physique (après la physique) ce n'est que cela ne soit pas utile pour concevoir des forme logique possible a-priori.

mais qu'ensuite l'on dise qu'un concept mathématique ce déplace a "c" alors qu'il ne commence a exister qu'a l'émission ou la reception avec l'atome. qu'en plus ce concept mathématique n'a pas d'existence spatiale ni temporelle, il n'est que vitesse, ou energie cinétique.

je sais pas, il est fort de café ce concept-là. diablement virtuel, pour ne pas dire inexistant. enfin sauf sur le papier et pour l'electron.

personelenement cela ne me dérange pas plus que cela, après tout hein, doit bien y avoir une raison rtenscedante a ce que le photon se déplace malgré tout en même temps que l'onde, bien que théoriquement cela ne soit pas possible vu la carte d'identité de ce dernier.

si quelqu'un comprend quelquechose a ce concept physique.. je veux dire audela du formalisme mathématique, je suis preneur.

[invitefd2dbdcd]

salut Quetzal,
je ne comprends pas trop de quel concept tu parles,mais comme l'a dit limpidement Karibou blanc le "concept mathématique qui définie ce que l'on nomme photon"(??)

... est une excitation élémentaire du champ électromagnétique définie par une énergie [...] et une polarisation .

,ni une chimére,ni virtuel pusiqu'obsrevé...enfin si j'ai saisis ton dernier post....(et ca c'est pas sur...).
cordialement,

[b@z66]

Au lieu de "chimères", il faudrait plutôt parler de modèles. Tout est contenu dans le sens de ce mot: c'est le lien qui existe entre la réalité infiniment complexe et nos représentations conceptuelles qui tendent à la simplifier.

[invite0e4ceef6]

je force le trait, je caricaturise, b@z66..

le réel est complexe, son utilisation de la logique parfaite dans le moindre détail. là ou nous ne pouvont que faire des modèles a partir de ce que nous percevons, et rationalisons..

il reste, que ces histoire de particule, ça commence a me #?@Q#{]///?!!§

[invite06686390]

Alors ça va te paraitre un peu barbare : le photon est un "mode d'excitation du champ electromagnétique". Mon dieu , qu'est ce que ça veut dire ? Prends les équations de Maxwell - classiques - de l'électromagnétisme , et appliques les dans une certaine configuration spatiale - par exemple entre deux miroirs. En appliquant les conditions aux limites, tu verras que seul un certain nombre de fréquences sont possibles, et souvent aussi seul un certain nombre de "formes" - répartition spatiale du champ - sont possibles.
Maintenant on quantifie ça : on s'est rendu compte , avec l'effet photoélectrique , que le champ électromagnétique interagissait par échanges discrets d'énergie, valant hf - f la fréquence. De plus, dans un corps noir ( un matériau maintenu à température constante) on s'est rendu compte que l'quilibre thermodynamique avec le champ aboutissait à un certain spectre. On ne peut modéliser ce spectre qu'en postulant que le champ électromagnétique est une assemblée de particules à l'équilibre thermodynamique, dont chacune porte une énergie hf.

Donc inspiré par ces constations on quantifie le champ. Sans rentrer dans le détail , dans le formalisme quantique, on va donc insérer des opérateurs " création, annilhilation, et nombre" de photons, pour chaque mode du champ. Ca veut donc dire qu'on ne pourra traiter qu'avec des particules , en nombre entier, d'énergie hf. Je fais ici remarquer que vu nos conditions aux limites , la définition du photon dépend de la "boite" dans laquelle on travaille - vu que les modes du champ ne sont pas les mêmes suivant les boites.

Ce traitement particulaire a été validé par encore plusieurs expériences. En vlà une jolie : on prend un faisceau laser atténué ( donc où on s'attend à ne jamais rencontrer deux photons à la fois) , on l'envoie sur une séparatrice et en sortie on a deux détecteurs - un de chaque coté. A la fin, on compare les détections des deux cotés et on se rend compte que jamais on n'a eu détection des deux cotés à la fois. Ca valide encore l'aspect corpusculaire du champ électromagnétique.

Je m'amuse un peu pour te faire peur, mais tu peux presque sauter ce paragraphe : En théorie quantique des champs , on cherche à définir des champs ( en gros des fonctions Phi(X), ou des vecteurs...) respectant des équations du mouvement et surtout tels que la physique soit inchangée par certaines symétries. Notamment, si on prend le champ d'un fermion ( genre un électron). On se dit que rajouter une phase à tout le monde doit pas changer la physique. Soit. On prouve alors que l'électron porte une charge élctrique , à cause de cette condition de symétrie ( je te passe les détails). Maintenant , on se dit : ouais, moi j'aimerai bien pouvoir changer la phase du champ de fermions localement - pas la même phase partout. Mais je veux que ça laisse la physique inchangée , notamment sous la transformation de Lorentz ( entre deux référentiels mobiles en relativité restreinte). C'est là que c'est marrant : on est obligé d'introduire un nouveau chap - tiens, appeleons le au pif champ électromagnétique , qui va avoir une certaine transformation sous Lorentz, et aussi lorsque on rajoute une phase aux fermions pour que ça marche !!! ( C'est pourquoi on dit que le champ électromagnétique est un champ de jauge : Il est nécessaire pour pouvoir faire une transformation " de jauge " des champs sans rien changer à la physique)
Conséquence marrante : le champ électromagnétique dépend du référentiel dans le quel tu l'observes

Maintenant , parlons un peu quasiparticules : en effet , il est marrant de constater que très souvent en physique, on peut inventer de nouvelles particules.
On part d'un jeu "fondamental" de particules interagissant. On va pouvoir formellement introduire de nouvelles particules - des quasiparticules - constituées d'un espèce de mélange des autres particules. On aura la encore nos opérateurs création, annihilation... Et les équations seront totalement indistinguables d'équations de particules fondamentales.
Exemples : au lieu de regarder dix milliards d'atomes dans unn réseau qui transportent une onde acoustique, ben on regardera quelques phonons qui se baladent dans le vide ( avec quelques contraintes que je te passe)
Autre exemple : Un atome plus un champ laser : on va pouvoir traiter ça sous forme d'un "atome habillé" , dans lequel on fourre à la fois l'atome nu et le champ électromagnétique.
Par la suite, si il y a un troisième type de particules, il sera possible ( et même fortement encouragé) de traiter l'interaction directement entre cete troisième et la quasiparticule.

Mais alors, où est la différence entre quasiparticule et particule ?
Il faut probablement la chercher en théorie des champs. Je n'ai pas de recul sur cette matière , donc je dis peut être des conneries. En théorie des champs, tu postule l'existence d'un champ, seul au monde, satisfaisant une équation du mouvement, et le tout invariant sous plein d'opérations de symétries. Ca te définit des modes du champ. La tu as un truc vraiment fondamental. ca te donne l'électron nu , le photon, et toutes les particules fondamentales.
Les quasiparticules n'interviennent que quand tu fais interagir tout ça : un champ avec lui même => phonons, plusieurs champs entre eux => particule habillée, etc...

A toi de voir ce que tu en conclus

[invite06686390]

A méditer aussi :
Tu ne verras jamais un photon nu, il a toujours son champ électromagnétique sur lui ( il est pudique en quelque sorte).

[invitea774bcd7]

le photon est un "mode d'excitation du champ electromagnétique".

Là, tout de suite, c'est plus clair !

[invite06686390]

Là, tout de suite, c'est plus clair !

D'où la phrase suivante

[invite0bbfd30c]

Ce traitement particulaire a été validé par encore plusieurs expériences. En vlà une jolie : on prend un faisceau laser atténué ( donc où on s'attend à ne jamais rencontrer deux photons à la fois) , on l'envoie sur une séparatrice et en sortie on a deux détecteurs - un de chaque coté. A la fin, on compare les détections des deux cotés et on se rend compte que jamais on n'a eu détection des deux cotés à la fois. Ca valide encore l'aspect corpusculaire du champ électromagnétique.

Ben non, si on fait cette expérience on ne constate rien de spécial : la détection d'un photon par l'un des détecteurs est indépendante de la détection (ou non) d'un photon par l'autre détecteur. Par conséquent il y a bien des détections "simultanées".

[invite06686390]

Arfeuh...
Ma source est une conf d'alain aspect , cumulée à mon cours d'optique quantique...

Est-ce qu'on est bien d'accords sur les conditions expérimentales ?
1) un laser atténué , ou mieux : une source de photons uniques ( boite quantique unique dans un micropilier)
2) une séparatrice
3) un détecteur en chacune des voies de sortie

Alors si on trace la fonction de corrélation g(t1-t2) entre les deux détecteurs, on a un creux en t1 = t2 descendant à zéro.
j'insiste sur le 1) !!!

Si on a plusieurs photons à la fois, alors on va voir apparaitre d'autres phénomènes rigolos, mais ç'est pas le sujet.

Je serai attristé de rien avoir compris

EDIT : je crois qu'il y a une conf d'espect qui passe là dessus sur le site de l'université de tous les savoirs (UTLS)

[invite0bbfd30c]

1) un laser atténué , ou mieux : une source de photons uniques ( boite quantique unique dans un micropilier)

C'est très différent... Un laser atténué produit un champ cohérent qui ne permet pas d'observer le "dégroupement" de photons auquel tu fais allusion.

[invite06686390]

C'est marrant... j'étais persuadé que la première expérience de ce genre était bien faite avec un laser atténué...

Va falloir que je vérifie ça. Tu es sur qu'avec un champ cohérent |alpha> tel que <n> = |alpha|² <<1 , ça ne marche pas ?
(edit : <n> = nombre moyen de photons bien sur)

[invite0e4ceef6]

je te remercie duschnok je vient de comprendre un point éssentiel de la physique quantique. sans le vocabulaire adéquat, le plus proche sans doute utilisé par les physiciens eux-même, l'on ne saurait tenir un discours vraiment logique sur ces objets..

la vulgarisation est insuffisante, je le comprend très ien maitenant, car a te lire je comprend bien qu'il me manque tout un tas de vocabulaire somme toute des plus necessaires.. et ce même sans avoir recours a des equations.

cela finalement me rassure de ne pas comprendre grand chose a ton post, il me semble plus proche du réel quantique ou des situations vecu par les physiciens "at work"

je vois de quoi tu parles, mais n'ayant aucune référence expérimentale, cela ne fait absolumet pas sens.. mais ce que tu ecrit me semble éminament plus réaliste quand a rélaité quantique que tout ce que j'ai plus lire jusque là.

car avec ce que j'ai lu jusque là, je n'ai jamais réussi a y comprendre grand chose, tout est logique mais rien ne colle ensemble(il manque des bout logique).
là tout semble coller ensemble,(tout semble y etre) mais je n'y comprend rien.. mais au moins il me reste un espoir d'y comprendre quelquechose un jours.. en travaillant sur le vocabulaire de ce type de représentation. et la représentation elle-même..

je vois bien a te lire que de l'iceberg de la quantique je n'en connaissait que la partie emmergé.. merci d'en avoir décrit une part de la partie immergé

et que j'en faisait des conclusions bien bien rapide

[invite06686390]

Arf, disons plutot que c'est dur de vulgariser en sortant du cours... J'ai probablement juste pas le recul suffisant pour mieux expliquer les idées.

Tu trouveras un autre vulgarisateur plus doué que moi

[invite0bbfd30c]

Va falloir que je vérifie ça. Tu es sur qu'avec un champ cohérent |alpha> tel que <n> = |alpha|² <<1 , ça ne marche pas ?

Ça ne marche pas. Les expériences faites avec un champ cohérent, même très faible, peuvent être décrites par un modèle classique du rayonnement. L'expérience de dégroupement de photons à laquelle tu fais allusion est au contraire une démonstration du caractère quantique du rayonnement. Il faut donc utiliser une source qui présente un tel caractère, ce qui explique que ces expériences sont relativement récentes (Grangier, Roger, Aspect 1986).

[invite06686390]

C'est bon de l'apprendre une semaine avant l'exam

Merci d'avoir relevé la bourde

[invite0e4ceef6]

Arf, disons plutot que c'est dur de vulgariser en sortant du cours... J'ai probablement juste pas le recul suffisant pour mieux expliquer les idées.

Tu trouveras un autre vulgarisateur plus doué que moi

ben, parradoxalement, cette absence de vulgarisation, me donne une vision plus réaliste, moins tronqué de la quantique.. c'est peut-etre moins accéssible, mais cela semble surtout beaucoup plus logique. sisisi..

un peu comme de lire un philosophe presque dans le texte, après n'avoir lu que des résumés par-ci ou par-là..