bosons vs fermions

[Karibou Blanc]

Bonjour,

Les particules élémentaires sont réparties en deux grandes familles, les bosons de jauges (vecteurs des intéractions) et les fermions (interagissant entre eux). Partant de ce constat, j'aurais envie de dire que seuls les fermions représentent la véritable matière, les bosons vecteurs ne servant qu'à l'interprétation des interactions à distance. On retrouverait alors une certaine classification particule/rayonnement, qu'on avait perdue en introduisant les quanta d'énergie pour la lumière.
Cependant, je remarque deux choses : Tout d'abord, les bosons faibles sont massifs, ce qui va à l'encontre de ce que j'ai dit plus haut. S'ils ont une masse, on peut difficilement les exclures des particules matèrielle. Ensuite les gluons subissent eux aussi l'interaction qu'ils véhiculent. Arg décidemment on ne s'en sort pas.

Bref ma question est la suivante, la classification bosons/fermions ne serait-elle pas plus profonde qu'une simple différence de "spin-statistique" ? A quoi conduirait un modèle d'interaction faible avec des bosons non massifs et un modèle d'intéraction forte avec des bosons vecteurs non chargés ?
Si de (deux) tels modèles pouvait-être construit permettrait-il de donner un sens à la classification particule/rayonnement que j'ai cité ?

Moi même en me relisant j'ai l'impression de spéculer fortement sur pas grand chose, mais j'ai quand même envie de creuser cette apparente dissymétrie entre bosons et fermions. Par exemple, le fait qu'il n'existe pas de fermions vecteurs d'interaction ne me parait pas anodin.

Bonne journée (nuit...)
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[Rincevent]

bonjour,

juste quelques commentaires rapides...

Tout d'abord, les bosons faibles sont massifs, ce qui va à l'encontre de ce que j'ai dit plus haut. S'ils ont une masse, on peut difficilement les exclures des particules matèrielle.

faut pas oublier qu'ils sont massifs uniquement grâce au mécanisme de Higgs : une théorie de jauge fait nécessairement appel à des bosons de masses nulles (avant un éventuel mécanisme de brisure de symétrie). Ensuite, la masse n'est peut-être pas le truc le plus important : la masse d'une particule dépend de son environnement... la distinction boson/fermion me paraît bien plus importante avec ce qu'elle implique pour les effets physiques (cf principe de Pauli ou non, etc).

Bref ma question est la suivante, la classification bosons/fermions ne serait-elle pas plus profonde qu'une simple différence de "spin-statistique" ?

certainement... mais pour répondre à ça de manière non-subjective, faut avoir autre chose que le modèle standard... et si tu regardes les théories les plus modernes, elles font souvent appel à la supersymétrie qui met justement par paires les bosons et les fermions...

A quoi conduirait un modèle d'interaction faible avec des bosons non massifs

avec des bosons non-massifs tu as une interaction à portée infinie...

et un modèle d'intéraction forte avec des bosons vecteurs non chargés ?

des bosons non-chargés, ça veut dire une théorie abélienne... après, je sais pas ce que tu veux dire par "à quoi conduirait"? inévitablement, le monde serait différent... mais bon...

le fait qu'il n'existe pas de fermions vecteurs d'interaction ne me parait pas anodin.

un fermion vecteur d'interaction implique un couplage entre bosons et fermions : en "réfléchissant avec les mains", tu constateras qu'une particule qui émettrait un fermion verrait son moment cinétique changer d'un nombre demi-entier d'unité... et elle changerait donc de nature (boson/fermion).

j'ai pas le temps de faire plus long, mais des principes auxquels je crois que tu pourrais t'intéresser pour creuser un peu la question (sans même rentrer dans des vrais calculs) sont :

- la conservation du nombre de particules et son lien avec le spin
- les canaux de désintégration possibles pour une particule, son lien avec le spin et avec la stabilité des particules...

[Floris]

Bonjour, voici une sitation aux quel j'aimerai quelques précisions: "en "réfléchissant avec les mains", tu constateras qu'une particule qui émettrait un fermion verrait son moment cinétique changer d'un nombre demi-entier d'unité... et elle changerait donc de nature (boson/fermion)."

pourrai tu m'expliquer ce que signifie un moment cinétique? S'agi t'il de mouvement? Pourquoi d'un nombre demi-entier?

Merci d'avance.
Floris

[Coincoin]

Salut,
Le moment cinétique est un peu à la rotation ce que la quantité de mouvement est à la translation. Le spin est en fait un moment cinétique intrinsèque d'une particule (et n'a pas d'équivalent en physique classique). La conservation du moment cinétique dit qu'une particule qui émet un fermion (c'est-à-dire une particule de spin demi-entier) doit voir son moment cinétique varier d'une quantité opposée au spin (pour que le moment cinétique global reste constant).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Floris]

Merci Coincoin, j'ai quelque ques question a ce que tu vien de citer. Déja, commen une particules et la quel, peut émettre un fermion? Aussi, Pourquoi le moment cinétique global doi t'il rester constant? Y as t'il des exemple expérimentaux aux quel tu pourrai me référer? Merci bien d'avance.
Flo

[Gwyddon]

Hello

Voilà je relance ce (très) vieux fil, car j'ai encore une question proche/reliée..

Quelle est la raison profonde qui fait que les bosons de jauge sont des bosons vecteurs ? Peut-on imaginer une interaction de jauge où les générateurs de l'algèbre ne sont pas des bosons vecteurs, mais des scalaires ?

J'ai plus ou moins eu l'écho d'une manière géométrique de voir les théories de jauges qui amène à cette conclusion inévitable, mais j'aimerais avoir un argument différent et plus accessible

Merci d'avance,
G.

[Rincevent]

salut,

Voilà je relance ce (très) vieux fil

ça nous rajeunit pas

je suis certain que Karibou aurait maintenant plein de choses intéressantes à répondre au "jeune lui-même"

J'ai plus ou moins eu l'écho d'une manière géométrique de voir les théories de jauges qui amène à cette conclusion inévitable, mais j'aimerais avoir un argument différent et plus accessible

un argument physique, je sais pas... mais à partir du moment où tu dis "de jauge", tu sous-entends une interaction de nature géométrique... donc difficile de l'expliquer sans parler d'espace fibré ou au minimum de connexion... m'enfin, on t'a peut-être donné une explication "mathématiquement plus propre" que le pseudo-argument qui suit : si tu penses à la connexion comme à une "modification" de la dérivée, tu vois tout de suite que ton "truc en plus" doit avoir un indice de Lorentz...


sinon, pour la question initiale de ce fil, un truc que je vois pas mentionné est quand même qu'une interaction qui serait véhiculée par des fermions n'aurait pas le comportement d'une "force usuelle" en ce sens où elle ne pourrait jamais se comporter comme une bête "force statique" tout échange d'un nombre impair de fermions changeant le spin des particules en interaction [pour faire court : un boson élémentaire qui émet un fermion devient un fermion].


[edit] c'est sans rapport avec ta question récente, mais si je me souviens bien dans son bouquin sur la gravitation Feynman montre un peu ce que ça donnerait si la force gravitationnelle était véhiculée par des neutrinos, voire des paires de neutrinos...

[Karibou Blanc]

Voilà je relance ce (très) vieux fil

Indeed !

Quelle est la raison profonde qui fait que les bosons de jauge sont des bosons vecteurs ? Peut-on imaginer une interaction de jauge où les générateurs de l'algèbre ne sont pas des bosons vecteurs, mais des scalaires ?

Naïvement je dirais que les bosons de jauges sont introduits pour compenser un terme de la forme

ou alpha est l' "angle" de la transformation de jauge et psi un fermion quelconque chargé ("fondamentalement") sous le groupe de jauge. Note qu'on peut écrire l'équivalent pour un scalaire. Le se transforme comme un vecteur donc nécessairement le champ de jauge qu'on doit introduire pour équilibrer ce terme doit se transformer de la meme facon, donc etre un vecteur. A part ca

[edit]

je suis certain que Karibou aurait maintenant plein de choses intéressantes à répondre au "jeune lui-même"

oh ouuuuuuuuuuuuuui !

[Gwyddon]

Ok je vois donc qu'il faut de la fibre

Ceci dit, ton pseudo argument j'aime bien, il est pas si mal que ça même si la rigueur n'y est pas

Merci !

Ah sinon le bouquin de Feynman, hum il faut que j'y jette un oeil un jour (après avoir décidé : je prend "formulation hamiltionienne des équations d'Einstein" ou "problème de la masse en RG" comme 'sujet à développer ? )

P.S. : oulà 4 ans quand même.. pfiou ça fait un bail dis donc, 4 ans déjà que je suis ici ?


EDIT : coucou Karibou Oui je sais je me pose trop de questions métaphysiques Ton argument est celui de Rincevent en fait, il est "intuitif" en effet

[mariposa]

Juste 3 remarques:



1-La division fermions/bosons est valable pour les espaces 3D (et +).

En 2D il y a non seulement les fermions et les bosons mais aussi les anyons (dont les fermions et les bosons ne sont que des cas particuliers). voir effet hall quantique fractionnaire.

2- Il y a des bosons qui ne sont pas des bosons de jauge, par exemple ceux qui sont responsables de la superfluidité.

3-XG Wen dont j'ai déjà parlé précedemment montre qu'a partir de bosons localisés on peut identifier des modes collectifs que sont les bosons de jauge et les fermions.

.
Sa thèse est que la lumière (les photons) et les électrons ne sont que des modes collectifs qui émergent de bosons localisés.Il y a un vague parallèlisme avec LQG

[invite8ef897e4]

Bonjour
<SPAM>

En 2D il y a non seulement les fermions et les bosons mais aussi les anyons (dont les fermions et les bosons ne sont que des cas particuliers). voir effet hall quantique fractionnaire.

Ah oui, a ce sujet, je ne sais pas si vous aviez vu passer

Dear Doron,

There are fantastic developments to Alain Connes's lecture at IAS last Wednesday. Connes gave an account of how to obtain a trace formula involving zeroes of L-functions only on the critical line, and the hope was that one could obtain also Weil's explicit formula in the same context; this would solve the Riemann hypothesis for all L-functions at one stroke. Thus there cannot be even a single zeroe off the critical line!

Well, a young physicist at the lecture saw in a flash that one could set the whole thing in a combinatorial setting using supersymmetric fermionic-bosonic systems (the physics corresponds to a near absolute zero ensemble of a mixture of anyons and morons with opposite spins) and, using the C-based meta-language MISPAR, after six days of uninterrupted work, computed the logdet of the resolvent Laplacian, removed the infinities using renormalization, and, lo and behold, he got the required positivity of Weil's explicit formula! Wow!

Regards also from Paula Cohen.
Please give this the highest diffusion. Best,

Enrico

</SPAM>

[Gwyddon]

C'est qui le "young physicist" ? Quelle brutasse

[Karibou Blanc]

Ton argument est celui de Rincevent en fait, il est "intuitif" en effet

certes, on peut exprimer ca en terme de transport parallèle, section de fibré et autres "sucreries" de la géométrie différentielle (qui hantent encore vaguement ma mémoire). Mais l'essentiel est dans la dérivée, donc vecteur. Maintenant je me demande si on pourrait par construire une théorie invariante de jauge ou le vecteur fondamental (le champ de jauge donc) serait remplacé par un courant (scalaire ou fermionique) du type. comme un "condensat" de fermion. Mais effectivement comme le disait rincevent, je vois mal comment peut émerger une configuration statique avec un courant comme vecteur

[Karibou Blanc]

ne sont que des modes collectifs qui émergent de bosons localisés

Intéressant...c'est quels spins ces bosons ? et ils sont localisés où ? par quoi ?

[invite24327a4e]

Je ne comprends pas toute la porté du message de humanino. Une explication ?

[invite8ef897e4]

Je ne comprends pas toute la porté du message de humanino. Une explication ?

Ah, euh, faut pas non plus trop perdre votre temps sur ce message
C'est la toute sa portee !

[Rincevent]

Ah, euh, faut pas non plus trop perdre votre temps sur ce message
C'est la toute sa portee !

tu as pris le soin de mettre des balises d'ailleurs...

[mariposa]

Bonjour
<SPAM>

Ah oui, a ce sujet, je ne sais pas si vous aviez vu passer
</SPAM>

Bonjour,

Non jamais entendu parler de morons (crétins!!!).
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Par contre je sais que Connes a pondu avec quelqu'un un gros papier sur l'effet hall quantique fractionnaire ( On doit le trouver sur archiv). J'ai l'impression qu'avec la géométrie Non commutative Alain Connes a une idée très nette de la compréhension de ce phénomène étrange. Personnellement je n'arrive pas à décoller avec la GNC (mon niveau mathématique est insignifiant). Apparamment je ne dois pas être le seul. Ca tombe bien j'ai horreur de la solitude.

[mariposa]

Intéressant...c'est quels spins ces bosons ? et ils sont localisés où ? par quoi ?

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Bonjour,
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Je vais essayé avec mes moyens actuels d'expliquer à grands traits sa démarche.
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1- Il part de l'effet Hall Quantique fractionnaire (EHQF pour constater qu'ils existent en physique des solides des changement de phases qui ne rentrent pas dans le cadre des transitions de phase à la Landau (brisure spontanée de symétrie, paramètres d'ordre, défauts topologiques etc...).
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2- Il arrive à la conclusion qu'il existe un nouveau type d'ordre qu'il appelle ordre quantique. Il distingue 3 grandes classes d'ordre quantique:

a-Les ordres topologiques (théorie des champs topologiquers)
b-Les liquides de Fermi (Topologie des surfaces de Fermi)
c- Les "string-net-condensation" (je ne traduis pas pour éviter la maltiplication des terminologies.


3-string-net-condensation-SNC .
..
L'idée est qu'un état fondamental à Température nulle est hautement dégénéré et qu'il y a une possibilité d'un ordre de type topologique qui, soit robuste aux perturbations (ce qui d'ailleurs effectivement le cas pour EHQF).
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De là il explique que l'on classe les ordres cristallins en 230 familles grace à l'outil théorie des groupes. De la même façon on peut classer les ordres topologiques (SNC) grace a l'outil groupe de symétrie projective.
C'est ainsi qu'il trouve 100 liquides de spin bidimensionnels.
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Il applique sa stratégie et démontre que le vide est rempli de "string-net". Les fluctuations des string-net donnent naissance aux bosons de jauge. Les extrémités des 'strings" correspond aux électrons et aux quarks.

C'est pourquoi il pense que les bosons de jauge et les fermions ne sont que l'émergence sous la forme de modes collectifs des SNC cad d'un ordre topologique particulier aux étas du vide dégénérés.
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D'où l'esquisse de sa conclusion sur l'origine des photons et des électrons.

[mariposa]

Bonjour,
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Voici une référence qui grosso-modo explique la démarche originale de l'auteur:

An Introduction to Quantum Order, String-net Condensation,
and Emergence of Light and Fermions:

http://arxiv.org/PS_cache/cond-mat/p.../0406441v1.pdf
.
Bonne lecture.