Vide quantique et photons

[inviteaccb007d]

Bonjour,

J'ai une petite question qui me taquine, la voici. On sait que d'apres les predictions de la mécanique quantique et plus particulièrement de l'electrodynamique quantique, le vide n'est pas vide mais est le théatre de fluctuations quantique du vide avec des photons qui sont créés et annihilés. Pourquoi n'observe-t'on pas ce rayonnement dans le visible car le spectre des fluctuations du vide est continue... donc on devrait observer ces photons émis par le vide...
Est ce que ces photons sont uniquement des photons virtuels et pourquoi ne les voit-on pas (durée de vie trop petite) ? Y- a t-il une coupure en fréquence dans les photons émis par le vide (photons ultra-énergétiques) ?

Merci d'avance pour vos réponses,

Cordialement,
-----

[Gwyddon]

Hello,

Pour les voir, il faut qu'ils aient voyagé, donc tu vois tout de suite que c'est incompatible avec la notion de fluctuation

[inviteaccb007d]

Merci, donc les photons sont créés puis annihilés. Mais quelle est la durée moyenne qui sépare la création et l'annihilation du photon, ça doit dépendre de son énergie.

Cordialement,

[f6bes]

Bjr FAB-79,
La réponse de Gwyddon ne me sastifait qu'à moitié : il faut que les photons aient voyagé.

Il Faut surtout qu'ils soient arrivés au fond de ton oeil !!
Tu ne vois pas le photon qui arrivent sur ton nez (ou ailleurs)
Lorsque tu "vois", c'est que le photons est arrivé à l'oeil: impossible AVANT.
Donc ce qui se passe "la bas" est invisible .
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gwyddon]

Bjr FAB-79,
La réponse de Gwyddon ne me sastifait qu'à moitié : il faut que les photons aient voyagé.

Il Faut surtout qu'ils soient arrivés au fond de ton oeil !!
Tu ne vois pas le photon qui arrivent sur ton nez (ou ailleurs)
Lorsque tu "vois", c'est que le photons est arrivé à l'oeil: impossible AVANT.
Donc ce qui se passe "la bas" est invisible .
A+

C'est du chipotage certes, mais c'est du bon chipotage, merci pour la précision f6bes (même si bien entendu c'est ce que je sous-entendais, mais le sous-entendus ce n'est jamais bon quand on veut expliquer quelque chose.)

[f6bes]

Salut Gwyddon,
J'avais bien compris ton sous entendu, mais certains ne "comprennent" et prennent à la LETTRE ce qui est écris et donc :"qu'il SUFFIT que le photon ait voyagé".
JCordialement

[invite64c4b5da]

J'ai une petite question qui me taquine, la voici. On sait que d'apres les predictions de la mécanique quantique et plus particulièrement de l'electrodynamique quantique, le vide n'est pas vide mais est le théatre de fluctuations quantique du vide avec des photons qui sont créés et annihilés. Pourquoi n'observe-t'on pas ce rayonnement dans le visible car le spectre des fluctuations du vide est continue... donc on devrait observer ces photons émis par le vide...

Dans un sens, on les "voit" indirectement a travers leurs effets causes a travers les forces electromagnetiques.

Neanmoins cette image des photons virtuels se creant/annihilant est je trouve legerement trompeuse et je finis toujours par tomber dans un puits de perplexite lorsque j'essaye de me la representer (que se passe t'il pour les photons dont l'energie -> 0, comment les differencier des photons reels sur couche de masse,...). Finalement, elle n'est principalement utile, je trouve, qu'en theorie des pertubations ou elle trouve un sens.

[invite8ef897e4]

Merci, donc les photons sont créés puis annihilés. Mais quelle est la durée moyenne qui sépare la création et l'annihilation du photon, ça doit dépendre de son énergie.

Ce n'est pas une question a laquelle il est facile de repondre sans faire de calcul comme ca la tout de suite. Habituellement on travaille dans l'espace des impulsions, et l'on dispose d'un propagateur pour les photons virtuels dans cet espace, et donc la position n'est defini pour aucun de ces photons virtuels. Pire encore, la "fonctions d'onde du photon dans l'espace des positions" n'est pas (a mon humble avis) un concept auquel il est facile de donner un sens.

[invited0b5cb87]

Les fluctuations quantiques du vide ne sont pas aussi "invisibles" que ca, elles sont meme a la base de la theorie du corps noir (cf. par exemple Landau et Lipschitz, Physique Statistique, Ed. MIR).

[Gwyddon]

Les fluctuations quantiques du vide ne sont pas aussi "invisibles" que ca, elles sont meme a la base de la theorie du corps noir (cf. par exemple Landau et Lipschitz, Physique Statistique, Ed. MIR).

EUhhh... Je ne vois pas en quoi

Par contre en effet elles ne sont pas si "invisibles" que ça et l'effet Casimir en est un bon exemple

[Karibou Blanc]

Les fluctuations quantiques du vide ne sont pas aussi "invisibles" que ca, elles sont meme a la base de la theorie du corps noir

Non, le rayonnement du corps noir est un phénomène classique. Il ne faut pas confondre fluctuations (quantiques) du vide avec les fluctuations thermiques d'un corps à température T.

[invite5e5dd00d]

Et même en emettant l'hypothèse que le photon issu des fluctuations touche l'oeil...
Je crois que notre oeil n'est pas sensible à un photon unique, mais à un certains nombre de photons (l'ordre de grandeur d'une dizaine de photons qui arrivent simultanèment sur un batonnet dans le spectre visible - ce qui est déja TRES sensible).
Si on voyait les photons de fluctuations quantiques, alors on verrait du bruit constamment dans notre oeil, de la lumière constament... heureusement que ce n'est pas le cas, ce sera plutot gênant quand on est dans le noir ou quand on s'éclaire avec un téléphone portable !

[Thwarn]

Et même en emettant l'hypothèse que le photon issu des fluctuations touche l'oeil...
Je crois que notre oeil n'est pas sensible à un photon unique, mais à un certains nombre de photons (l'ordre de grandeur d'une dizaine de photons qui arrivent simultanèment sur un batonnet dans le spectre visible - ce qui est déja TRES sensible).
Si on voyait les photons de fluctuations quantiques, alors on verrait du bruit constamment dans notre oeil, de la lumière constament... heureusement que ce n'est pas le cas, ce sera plutot gênant quand on est dans le noir ou quand on s'éclaire avec un téléphone portable !

Mais c'est le genre de bruit que le cerveau est habitue a eliminer... mais bon, on entre plus dans des conciderations de physiologie/psychologie cognitive que vraiment de la physique fondementale

[gatsu]

Salut,

Juste pour être sûr d'un truc...
Il me semblait, après avoir étudier la TQC des champs EM libres, qu'en jauge de radiation en tout cas, le vide de photon était un "vrai" vide de photon, fluctuations comprises.
L'idée étant de dire surtout que même lorsqu'il n'y a pas de photon, il peut y avoir un champ électro magnétique non nul causé par les fluctuations quantiques du vide.

Est ce que cette caractéristique du vide complet est toujours vraie en QED ou est ce que des photons peuvent finalement apparaitre par fluctuation ?

[mariposa]

Salut,

Juste pour être sûr d'un truc...
Il me semblait, après avoir étudier la TQC des champs EM libres, qu'en jauge de radiation en tout cas, le vide de photon était un "vrai" vide de photon, fluctuations comprises.

;
Bonjour,

.C'est quoi la jauge de radiation, La jauge de Lorentz ?

L'idée étant de dire surtout que même lorsqu'il n'y a pas de photon, il peut y avoir un champ électro magnétique non nul causé par les fluctuations quantiques du vide.

.
Ce n'est pas il peut y avoir, mais il y a des fluctuations du vide cad de l'etat fondamental du champ électromagnétique qui est responsable de l'émission "spontannée". J'ai mis les parenthèse car ces fluctuations bien réelles sont responsables de la durée de vie des atomes.

Est ce que cette caractéristique du vide complet est toujours vraie en QED ou est ce que des photons peuvent finalement apparaitre par fluctuation ?

.
Je ne pense que des photons réels puisssent apparaitre par fluctuations.

[Rincevent]

bonjour,

.C'est quoi la jauge de radiation, La jauge de Lorentz ?

non, c'est plutôt le nom qu'on donne à celle de Coulomb

Ce n'est pas il peut y avoir, mais il y a des fluctuations du vide cad de l'etat fondamental du champ électromagnétique qui est responsable de l'émission "spontannée". J'ai mis les parenthèse car ces fluctuations bien réelles sont responsables de la durée de vie des atomes.

gatsu parle d'une theorie libre... que du champ EM, pas de charge. M'enfin je dois avouer ne pas avoir trop compris s'il disait qu'il y avait des fluctuations ou pas selon lui dans ce cas

je ne pense que des photons réels puisssent apparaitre par fluctuations.

en l'absence de potentiel extérieur ou d'accélération, en effet (cf l'effet Hawking ou l'effet Unruh)... sans oublier que tout ça n'est défini que de manière perturbative... les particules virtuelles aident à comprendre les principes, mais faut pas les prendre trop au sérieux...

[Karibou Blanc]

Il me semblait, après avoir étudier la TQC des champs EM libres, qu'en jauge de radiation en tout cas, le vide de photon était un "vrai" vide de photon, fluctuations comprises.

Que ce soit dans un vide classique ou quantique, le champ EM y est nul en moyenne : . Par contre ce qui n'est pas nul pour un vide quantique ce sont les fluctuations, cad la variance du champ : . Et cela vaut quelque soit la jauge choisie, car la théorie est invariante de jauge.

[gatsu]

Bon ok apparemment je me suis mal exprimé .
La jauge de radiation c'est la jauge de Coulomb + V=0, on ne travaille donc qu'avec le potentiel vecteur et c'est pas mal pratique.

Ce que je disais c'est que pour des champs libres (puisque je n'ai étudié que ça) les fluctuations quantiques induisaient un champ électrique non nul et non pas un nombre de photons non nul ce qui n'est pas pareil (et c'est pourtant une phrase qui est revenue souvent dans ce fil).

On a mais par contre, on a


Comme mes connaissances ne se bornent qu'aux champs libres, je demandais, étant donné que le vide n'a pas la même défintion en QED, si était toujours nul ou pas QED, ce qui justifierait l'espoir qu'ont certains d'observer ces photons.
Par contre si ce n'est pas le cas, la question de départ du fil n'a même pas lieu d'être non ?

[invite64c4b5da]

Bon ok apparemment je me suis mal exprimé .
La jauge de radiation c'est la jauge de Coulomb + V=0, on ne travaille donc qu'avec le potentiel vecteur et c'est pas mal pratique.

Ce que je disais c'est que pour des champs libres (puisque je n'ai étudié que ça) les fluctuations quantiques induisaient un champ électrique non nul et non pas un nombre de photons non nul ce qui n'est pas pareil (et c'est pourtant une phrase qui est revenue souvent dans ce fil).

On a mais par contre, on a


Comme mes connaissances ne se bornent qu'aux champs libres, je demandais, étant donné que le vide n'a pas la même défintion en QED, si était toujours nul ou pas QED, ce qui justifierait l'espoir qu'ont certains d'observer ces photons.
Par contre si ce n'est pas le cas, la question de départ du fil n'a même pas lieu d'être non ?

Bonjour,

si un photon est detecte, c'est qu'il y a un detecteur dans l'environnement (detecteur constitue de charges). Comment, en ce cas, garantir que l'on se trouve toujours dans l'etat |o> ? Cette question ne peut pas a mon avis recevoir de reponse.

D'autre part, je n'ai pas bien compris ce qu'etait ton etat |0>, est-ce le vide dit "bare" (je ne connais la traduction francaise) ou est-ce le vide dit "dressed" ?
Dans le second cas, les etats |0> et |1> restent par construction stables au cours du temps (l'Hamiltonien d'interaction est nul).

[gatsu]

D'autre part, je n'ai pas bien compris ce qu'etait ton etat |0>, est-ce le vide dit "bare" (je ne connais la traduction francaise) ou est-ce le vide dit "dressed" ?
Dans le second cas, les etats |0> et |1> restent par construction stables au cours du temps (l'Hamiltonien d'interaction est nul).

C'est pour ça que j'ai précisé et . Il ne me semble pas qu'il y ait de vide "habillé" en théorie libre mais pour la partie QED je pensais effectivement au vide "habillé" et non pas au vide "nu".

[mariposa]

=Rincevent;1590336]bonjour,


en l'absence de potentiel extérieur ou d'accélération, en effet (cf l'effet Hawking ou l'effet Unruh)... sans oublier que tout ça n'est défini que de manière perturbative... les particules virtuelles aident à comprendre les principes, mais faut pas les prendre trop au sérieux...

;
Bonjour,

Effet Hawking

Si sous l'influence d'un potentiel extérieur (il y a donc un objet qui possède de l'énergie) il y a création d'un photon cela ne me semble pas lié aux fluctuations du champ électromagnétique dans son état fondamental mais à la structure même du champ électromagnétique (cad son spectre de valeurs propres).
;
L'effet Unruh, je ne connais pas.

[invite8ef897e4]

L'effet Unruh, je ne connais pas.

Meme dans un espace-temps plat, un observateur accelere detecte un spectre de corps noir.

Article original : Notes on black-hole evaporation, Phys. Rev. D 14, 870 - 892 (1976)

Effet Unruh (wikipedia) (voir de preference en anglais si vous le lisez, ou meme mieux, mettez a jour wiki francais )

[mariposa]

Meme dans un espace-temps plat, un observateur accelere detecte un spectre de corps noir.

Article original : Notes on black-hole evaporation, Phys. Rev. D 14, 870 - 892 (1976)

Effet Unruh (wikipedia) (voir de preference en anglais si vous le lisez, ou meme mieux, mettez a jour wiki francais )

Merci beaucoup pour ces références. Etonnant comme effet. Par contre je ne vois pas comment on peut mettre ce phénomène en évidence (mettre en principe)

[invite8ef897e4]

Par contre je ne vois pas comment on peut mettre ce phénomène en évidence

J'imagine qu'il suffit d'accelerer un thermometre, par exemple au bout d'une ficelle
En revanche le vrai probleme, si je me suis pas trop melange les pinceaux, c'est qu'on cherche a observer une temperature
Quelqu'un peut verifier l'ordre de grandeur ?

[mariposa]

J'imagine qu'il suffit d'accelerer un thermometre, par exemple au bout d'une ficelle

Et oui c'est tout simple.

[mach3]

En revanche le vrai probleme, si je me suis pas trop melange les pinceaux, c'est qu'on cherche a observer une temperature
Quelqu'un peut verifier l'ordre de grandeur ?

The temperature of the vacuum, seen by an isolated observer accelerated at the Earth's gravitational acceleration of g = 9.81 m/s^², is only 4×10⁻²⁰ K

effectivement il faut y aller bourrin pour voir qqch (existe-t-il un detecteur qui résisterait à l'accélération ne serait-ce que dans les domaines radio... ).

C'est l'observateur accéléré seulement qui voit ça ou un observateur non accéléré peut constater le phénomène sur une source accélérée?

Ca m'amène des questions, qu'est ce à dire du rayonnement de fond cosmologique par rapport à cet effet Unruh??

m@ch3

[Gwyddon]

J'aurais une question "pratique" ; les espaces-temps et coordonnées de Rindler (et donc l'effet Unruh), c'est utilisé où en physique théorique exactement ? Je n'avais encore jamais rencontré ça dans les publis de physique des particules, j'imagine que ça se rencontre en physique gravitationnelle et en cosmo/astro non ?

[mtheory]

J'aurais une question "pratique" ; les espaces-temps et coordonnées de Rindler (et donc l'effet Unruh), c'est utilisé où en physique théorique exactement ? Je n'avais encore jamais rencontré ça dans les publis de physique des particules, j'imagine que ça se rencontre en physique gravitationnelle et en cosmo/astro non ?

Ben, je saisis pas trop ta question....comme tu le sais Rindler c'est l'espace-temps de Minkowski pour un observateur uniformément accéléré et effectivement on voit ça avec l'effet Unruh qui est parent de l'effet Hawking.
En générale, c'est un bon moyen d'introduire les "débutants" à des choses comme les coordonnées d'Eddington-Finkelstein et de Novivok pour décrire des trous noir avec des observateurs en chute libre.

Je parie que tu es en plein dans les cours de Nathalie, si je me souviens bien elle utilise les coordonnées de Rindler avant de passer à celles de Kruskal pour les trous noirs

[mariposa]

Bonjour,

Autre question à propos de cet effet Unruh.
.
Un observateur uniformément accéléré voit un rayonnement thermique. Il s'agit d'un effet associé aux propriétés du vide. Oui mais de quel vide? le vide de photons? Dans ce dernier cas il devrait y avoir un effet avec les autres vides, par exemple le vide de neutrinos et plus généralement avec tous les autres vides.

[mtheory]

Bonjour,

Autre question à propos de cet effet Unruh.
.
Un observateur uniformément accéléré voit un rayonnement thermique. Il s'agit d'un effet associé aux propriétés du vide. Oui mais de quel vide? le vide de photons? Dans ce dernier cas il devrait y avoir un effet avec les autres vides, par exemple le vide de neutrinos et plus généralement avec tous les autres vides.

Bonjour,

C'est comme l'effet Hawking, toutes les particules sont potentiellement présentes car l'horizon "d'accélération" avec Minkoswki est comme l'horizon d'un trou noir pour un observateur au bord de celui-ci expérimentant une accélération gravitationnelle constante.