Charges electriques

[invited901b9ab]

Bonjour,
Quesqui détermine la "nature" des charges electriques ? a travers quel procédé si je puis dire.

Merci
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je ne comprends pas votre question. On peut définir une charge électrique par son comportement. Mais on ne sait pas de quoi elle est faite ni comment ni pourquoi. C'est plutôt une question philosophique.
Au revoir.

[invited901b9ab]

Non se n'est pas de la philo, j'ai cru comprendre que contrairement a la masse les charges électriques prenez deux "formes" que l'expérience amène à considérer comme « opposées » (positive et négative), par "nature" j'entendais le signe (+ -) d'une charge electrique ?

l'On ne sais pas ce qui amène une charge electrique a etre positive ou négative?

[invite6dffde4c]

Re.
Bon, c'est plus clair.
Dans la nature on trouve deux types de charge. Elles se trouvent presque exclusivement dans les protons et dans les électrons. Un corps chargé négativement a quelques électrons de plus que de protons. Réciproquement, un corps avec un peu plus de protons que d'électrons est chargée positivement.
Les noms de positif et négatif n'ont pas consonance positive ou négative. Les deux sont très honorables. Ces noms leur ont été donnés par Benjamin Franklin (oui, celui du paratonnerre) à une époque ou on ne savait pas grand chose (les protons et les électrons ne viendront que 150 ans plus tard). Quand on frottait une baguette de verre avec une peau de chat, le verre se chargeait positivement et la peau négativement (ou à l'envers, je ne me souviens pas). Comme vous voyez, les noms de positif ou négatif sont totalement arbitraires. Seulement maintenant c'est gravé dans la pierre et on garde les noms.
Quant à savoir pour quoi les électrons sont comme ça, je n'en sais rien, et je doute que quelqu'un prétende le savoir.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invited9d78a37]

bonjour
la charge, comme la masse, est une propriétée fondamentale de la matière, comme le dit LPFR, il est difficile ,voir impossible, par définition de dire d'où provient cette propriété.
Même dans les théories des particules, le concept de charge, tout comme celui de masse est encore utilisé donc on conserve cette propriétée même à des échelles élementaires.

[Deedee81]

Bonjour,

la charge, comme la masse, est une propriétée fondamentale de la matière, comme le dit LPFR, il est difficile ,voir impossible, par définition de dire d'où provient cette propriété.
Même dans les théories des particules, le concept de charge, tout comme celui de masse est encore utilisé donc on conserve cette propriétée même à des échelles élementaires.

Notons que l'on peut donner des explications du genre "c'est la quantité conservée associée à la symétrie U(1) de la phase, etc...". Mais,
- Ca ne fait que "compliquer" le problème sans le résoudre (je ne veux pas dire que c'est "inutilement" compliqué, seulement plus compliqué à expliquer à un profane)
- Ca ne fait que repousser le problème puisqu'on peut alors demander "pourquoi la nature obéit-elle à cette symétrie ?"
- La quantification de la charge n'est pas totalement comprise (à ma connaissance, il y a bien des explications comme dans la théorie de Kaluza-Klein, mais ça ne fait pas partie du modèle standard, c'est ta comparaison avec la masse qui m'a rappelé ça )

Les deux premiers points montrent bien d'ailleurs que la physique est essentiellement descriptive et ne s'occupe pas de la "nature" des choses (sauf retombée indirecte, on sait par exemple maintenant que la chaleur ce n'est jamais que de l'énergie cinétique d'agitation des molécules). La "nature" des choses étant plutôt du domaine philosophique.

Pour le signe c'est plus simple. Oui, il y a du + et du - (là au moins on sait pourquoi, ça découle justement de la symétrie en question.. et d'autres, je n'en dis pas plus pour éviter de plonger en eau trouble ). Alors il reste : pourquoi les électrons négatifs et les protons positifs ? Réponse : pure convention, totalement arbitraire ! Ce qui compte c'est que ce soit opposé, pas le fait qu'on ai décidé de les nommer charge négative ou positive

[inviteca4b3353]

l'On ne sais pas ce qui amène une charge electrique a etre positive ou négative?

Apres la réponse de Deedee, j'ajouterai que la véritable question à se poser (que tu dois te poser) serait plutot : "qu'est-ce qui amène des particules différentes à avoir des charges opposées ? "

Il y a un enseignement à tirer de ta question qui est qu'il est important de savoir dissocier le formalisme (les formules en gros) et le contenu physique qu'elles décrivent. Un électron n'est pas une petite bille portant un T-shirt avec dessiné dessus un signe moins, qu'on pourrait voir avec un microscope. Le signe de la charge n'est pas réalité physique en tant que tel, il sert juste à modéliser le fait expérimental suivant: en présence d'un champ électrique (orienté horizontalement) il y a des corps qui se mettront en mouvement vers la droite et d'autres vers la gauche. Au fait qu'ils bougent en présence du champ, on leur associe une charge. C'est la définition physique d'une charge, elle mesure la possibilité d'interagir avec un champ (lui meme créé par une autre charge, d'ou le terme d'interaction). Le fait qu'il y est deux comportements différents pour l'interaction conduit le physicien à considérer deux charges distinctes (notamment par leur signe). Le signe rappelant qu'il y a des corps chargés qui iront dans le sens du champ (+) alors que d'autres iront dans le sens opposé (-).

La quantification de la charge n'est pas totalement comprise (à ma connaissance, il y a bien des explications comme dans la théorie de Kaluza-Klein, mais ça ne fait pas partie du modèle standard, c'est ta comparaison avec la masse qui m'a rappelé ça )

elle n'est meme pas du tout comprise, du moins dans le cadre du modele standard. En effet ce dernier contient un sous-groupe de symétrie abélien (le U(1) d'hypercharge). Etant abélienne l'algègre associée ne permet pas de définir de normalisation unique pour le générateur (noté Y) du U(1), et donc pour les (hyper)charges (notées y) (car le produit y.Y dans les dérivés covariantes doit etre le meme). Ainsi les charges y et p.y peuvent décrire la meme physique car l'on a la liberté de modifier la normalisation du générateur Y en Y/p.
La charge électrique étant (dans les conventions usuelles) q=t3+y, celle-ci se retrouve complètement indéterminée par l'intermédiaire de y.
La solution au problème de la quantification est donc simple, il suffit de liquider le U(1). Comme il s'agit d'une symétrie avérée à basse énergie, la seule chose qu'on peut faire c'est de tempérer ses libertés en le plongeant dans une symétrie plus grande (donc non-abélienne) à haute énergie. Sa normalisation sera ainsi fixée par l'albèbre non-abélienne sous-jacente.
Je ne connais que deux facons de faire cela. La première est celle que tu as évoquée, dans les théories de types Kaluza-Klein. Ici le U(1) est le groupe d'isométrie associé à la cinquième des 5 dimensions de la métrique d'un espace-temps 5D, qu'on aurait compactifier sur un cercle. La norme du U(1) résultant apres compactification est donc directement liée à la géométrie de l'espace et contrainte par l'invariance non-abélienne de jauge de la métrique 5D. En quelque sorte c'est le rayon du cercle qui fixe la normalisation. C'est d'ailleurs un des obstacle aux théories de type KK, la quantification de la charge ne produit pas le bon résultat (dans ce cas simple du moins).
La seconde possibilité est consiste à rester à 4D mais d'insérer le U(1) dans un groupe de jauge plus gros (donc non-abélien nécessairement). Cela constitue une des motivations pour les théories de grande unification (GUT), ou le U(1) apparait à basse énergie comme le sous-groupe non brisé d'une symétrie du type SU(5), SO(10), E6, E8...

[Deedee81]

Bonjour,

Cela constitue une des motivations pour les théories de grande unification (GUT), ou le U(1) apparait à basse énergie comme le sous-groupe non brisé d'une symétrie du type SU(5), SO(10), E6, E8...

Ah, bien, je ne savais pas. J'ai eut raison de dire que j'avais du retard à rattraper sur l'usage des différents groupes en théorie des champs. Pfffff

Merci de tes explications,

Et j'aime bien ton explication sur la définition physique de la charge, même si c'est évident. J'ai parfois tendance à terriblement compliquer les choses et, c'est idiot, mais j'étais prêt à me lancer dans des explications épouvantables. Les explications les plus simples sont souvent les meilleures. Deedee, enfonce toi ça dans le crâne (ou je sais je parle tout seul )

J'espère que Brandon aura ce qu'il cherche.

[invite6dffde4c]

...La norme du U(1) résultant apres compactification est donc directement liée à la géométrie de l'espace et contrainte par l'invariance non-abélienne de jauge de la métrique 5D...

Re.
Je crois que cela doit dissiper les doutes de Brandon-Mouche. C'est juste la question qu'il se posait.
A+

[inviteca4b3353]

Ah, bien, je ne savais pas. J'ai eut raison de dire que j'avais du retard à rattraper sur l'usage des différents groupes en théorie des champs. Pfffff

La théorie des champs et/ou de jauge est encore, meme pour moi, un immense continent qui reste à explorer ne soit pas découragé !

Et j'aime bien ton explication sur la définition physique de la charge, même si c'est évident.

La charge est intrinséquement lié à l'interaction. C'est la définition qu'on peut tirer de la physique moderne. C'est d'autant plus transparent lorsqu'on se rappelle qu'en théorie de jauge, la charge "définie localement" associée à une symétrie donnée fait nécessairement apparaitre un champ d'interaction entre ces charges.

[Deedee81]

Re.
Je crois que cela doit dissiper les doutes de Brandon-Mouche. C'est juste la question qu'il se posait.

Faut être honnète, Karibou me répondait là. La première partie, plus abordable (ce que j'ai d'ailleurs salué) était plutôt destinée à Brandon.

La théorie des champs et/ou de jauge est encore, meme pour moi, un immense continent qui reste à explorer ne soit pas découragé !

Pas découragé, en fait ça me plaît de savoir qu'il y a encore beaucoup de chose que je dois apprendre

La charge est intrinséquement lié à l'interaction. C'est la définition qu'on peut tirer de la physique moderne. C'est d'autant plus transparent lorsqu'on se rappelle qu'en théorie de jauge, la charge "définie localement" associée à une symétrie donnée fait nécessairement apparaitre un champ d'interaction entre ces charges.

Et c'est probablement la chose qui m'a le plus émerveillé lorsque je l'ai appris (en lisant "Quantum Field Theory" de C.Itzykson et J.B.Zuber). Même si ma "vocation" ne vient pas de là (faut déjà avoir la passion pour ce taper ce genre de litérature ) Plus que tout autre chose en physique (même la RG que je trouve pourtant géniale et élégante). J'en ai eu des étoiles dans les yeux.