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Particule de fermi , principe d'exclusion



  1. #1
    charly

    Particule de fermi , principe d'exclusion


    ------

    Bon je feuilette sauvagement le feynman sur la physique quantique , et j'en suis au différent type de particule . ( Ce qui as parfaitement répondu et éclairer ce que certain on essayer de m'expliqué dans le sujet : cohésion de la matiére ) .
    il reste néanmoin une chose qui ne m'est pas claire . En faite si je resume ( et esperons que j'ai aproximativement compris le principe ) : pour une particule de bose , le spine est entier , et par conscéquant ( est ce une conscéquence du spin ? Feynman ne le précise pas je crois ) les amplitudes des différents scénarios possible s'ajoute . Au contraire , pour les particules de fermi , l'amplitude final est la différence d'amplitude de différents scénarios . Or , la ou les amplitudes pour qu'un photons soit émis lorsque d'autre photon sont présent s'ajoute ( un photon aura donc plus de chance d'etre emis si il est entouré de photon ? ) si deux fermions sont identique et ont le même spin , alors l'amplitude pour qu'ils soit au même endroit est nul , inversement , si deux fermions identique sont a la même position alors l'amplitude pour qu'ils aient le même spin est nul ( différence des amplitudes ) . Deux fermions ne peuvent donc pas etre dans le même état quantique a une même position .
    Si j'ai bien tout compris , voici ma question :
    Imaginons le cas d'un atome d'helium : il a dans son cortége electronique deux electrons avec deux spins opposé . Si on envois un electron sur eux , la probabilité pour qu'il soit a la même position est nul , pourtant , si on augmente le plus possible la précision , il deverait bien y arrivé . Donc si il n'y arrive pas , c'est que il y a une force qui le repousse . As t'on identifié cette force .

    -----

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  3. #2
    BioBen

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Imaginons le cas d'un atome d'helium : il a dans son cortége electronique deux electrons avec deux spins opposé . Si on envois un electron sur eux , la probabilité pour qu'il soit a la même position est nul , pourtant , si on augmente le plus possible la précision , il deverait bien y arrivé . Donc si il n'y arrive pas , c'est que il y a une force qui le repousse . As t'on identifié cette force .
    Je n'ai pas vraiment compris le début de ton message, mais pour cette partie, ce que je peux dire c'est que l'électron va aller se placer dans la deuxième orbitale (1s²2p) alors qu'à l'origine l'hélieum est (1s²). Comme il est sur une couche différente, il n'y a plus de problème de spin(il peut être +1/2 ou -1/2 alors que sur la couche s, il y en a forcément un 1/2 et un -1/2).

    a+
    ben

  4. #3
    neutrinoman

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Tes électrons se repoussent par interaction électromagnétique. Dans ton expérience tu as peu de chance de réussir à faire ce que tu veux. Ca me paraît impossible de cette manière, puisque la MQ te dis justement que tu ne peux pas déterminer la position et la vitesse de ton électron. En plus il y a les nombres quantiques orbitaux qui interviennent et qui ne concernent pas ton électron du faisceau.

    Par contre, dans un milieu dense tu peux avoir ce genre de cas. Ca se rencontre en physique statistique avec des gaz d'électrons dégénérés par exemple. Tu ne pourras pas fournir de l'énergie à une partie des électrons car il se retrouverait dans l'état quantique d'un autre électron plus énergétique.

    Bon je ne sais pas si je t'ai un peu aidé ?
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  5. #4
    charly

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    étrange . cette histoire d'électron dégenerer .

    Bon mon exemple n'est pas bon , prennons un cas plus simple :
    Imaginons deux atomes d'hélium , ils ont chacun leurs deux electrons de spin différent . AInsi , si les atomes sont mis en présence , il ne pourront pas se rapproché au dela d'une certaint limite ( la premiere orbitale je crois ) Tout simplement parceque les electrons périphérique s'interdisent mutuelement en vertue du principe d'exclusion de pauli . Maintenant , il y a bien une force qui les obliges a rester éloigné non ?
    Si on les "forces" a ce cogner les couches electronique vont bien peu a peu ceder ?
    Par exemple lorsque on parle de soupe de matiére ( etat primordiaux , trous noirs ect ) il n'y a pas d'atome , juste des electrons et des nucléons en pagaille . Ce qui signifie que le principe de exclusion a été violé dans une certaine maniére ?
    Il y a une force limite dans lequel on peut le violé ?

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    BioBen

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    étrange . cette histoire d'électron dégenerer .
    En fait c'est plutôt une histoire d'orbitale atomique.

    Bon mon exemple n'est pas bon , prennons un cas plus simple :
    Imaginons deux atomes d'hélium , ils ont chacun leurs deux electrons de spin différent . AInsi , si les atomes sont mis en présence , il ne pourront pas se rapproché au dela d'une certaint limite ( la premiere orbitale je crois ) Tout simplement parceque les electrons périphérique s'interdisent mutuelement en vertue du principe d'exclusion de pauli . Maintenant , il y a bien une force qui les obliges a rester éloigné non ?
    Si on les "forces" a ce cogner les couches electronique vont bien peu a peu ceder ?
    C'est le principe de la fusion nucléaire si je ne me trompe pas ...

    Par exemple lorsque on parle de soupe de matiére ( etat primordiaux , trous noirs ect ) il n'y a pas d'atome , juste des electrons et des nucléons en pagaille . Ce qui signifie que le principe de exclusion a été violé dans une certaine maniére ?
    Il y a une force limite dans lequel on peut le violé ?
    Ce principe est en partie celui qui permet aux étoiles à neutrons de subsister, et de ne pas s'effondrer en trou noir. Quand la gravitation est trop forte, alors l'étoile s'effondre et devient...un trou noir, avec une singularité en son centre dont nous ne savons rien !

  8. #6
    charly

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Oui pour la fusion c'est de ca que je parlais , mais je vouderais comprendre quel force empéchais les atomes de s'approché ( le principe l'empeche , mais au travers quel force se manifeste il ? )

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  10. #7
    BioBen

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Bah il ya une répulsion électromagnétique .... (tu veux rapprocher deux électrons, donc deux particules chargées de même signe).
    a+
    ben

  11. #8
    charly

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    donc le principe d'exclusion est du a la repulsion coulombienne ?
    Je m'attendais a autre chose , mais nous ne parlons peut etre pas de la même chose ... ou alors j'ai mal compris le feynman , je ferais mieu d'y retourner !

  12. #9
    BioBen

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Non, le principe d'exclusion est un principe, il ne se base pas sur une répulsion electromagnétique (enfin pas que je sache), simplement sur le fait (l'experience ?) qu'il est impossible d'avoir deux particules "identiques" sur une même orbitale atomique.
    A approfondir...

    a+
    ben

  13. #10
    neutrinoman

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Bon pour la fusion ça ne concerne plus les électrons des atomes mais bien les noyaux et leurs nucléons. En plus dans la fusion les nucléons ne se retrouve pas dans le même état quantique ...

    Enfin revenons au sujet. L'exemple d'atomes qui se rapprochent est plus concluent. En fait cela va se passer autrement selon moi. Les électrons se repoussent normalement par interaction EM mais il n'y aura pas intervention d'une espèce de nouvelle force ou interaction. A ces énergies et densités l'atome va disparaître et on va former des noyaux et le fameux gaz d'électrons dégénérés : ils vont se séparer du noyaux et devenir quasiment libre. Donc plus de problèmes avec les nombres quantiques. Je vois ça comme une sorte de transition de phase (les pros vont me descendre, j'espère être assez juste). C'est ce qui se passe dans les objets d'astrophysique.

    Juste une petite précision sur les trous noirs (désolé de dévier sur l'astro !). Avec ce que tu dis BioBen on se fait l'image d'un trou noir ayant un très faible rayon (j'interprète peut-être mal), mais par exemple un astre de même densité que le Soleil mais de rayon 500 fois plus grand serait un trou noir !
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  14. #11
    BioBen

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Juste une petite précision sur les trous noirs (désolé de dévier sur l'astro !). Avec ce que tu dis BioBen on se fait l'image d'un trou noir ayant un très faible rayon (j'interprète peut-être mal), mais par exemple un astre de même densité que le Soleil mais de rayon 500 fois plus grand serait un trou noir !
    Euh...je comprends pas ce que tu veux dire (que les électrons sont loins du noyau ?)...

    Bon pour la fusion ça ne concerne plus les électrons des atomes mais bien les noyaux et leurs nucléons. En plus dans la fusion les nucléons ne se retrouve pas dans le même état quantique ...
    J'ai aprler de fusion nucléaire parce qu'il parlait de rapporhcer deux atomes. Comme son nom l'indique, la fusion nucléaire concerne, comme son nom l'indique, le noyau de l'atome.

    a+
    ben

  15. #12
    charly

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Non, le principe d'exclusion est un principe, il ne se base pas sur une répulsion electromagnétique (enfin pas que je sache), simplement sur le fait (l'experience ?) qu'il est impossible d'avoir deux particules "identiques" sur une même orbitale atomique.
    A approfondir...

    a+
    ben
    Je veux bien , mais le fait qu'il est Impossible que trois electrons soit a la même position me dérange , si il y en a un qui doit s'en allé , c'est bien a cause d'une force . Le principe d'exclusion dit juste que la probabilité de trouver un electron est nul , mais pas pourquoi , en faite je rechercher la force ou le phénoméne a l'origine du principe .
    mes différents exemples étaient mal choisit , j'en convient , car si les réponses sont tres interressente , elle ne m'aide pas a comprendre le phénomene .


    Je cite feynman :
    [...]Il y a manifestement une force énorme qui essaye d'aligner les spins des électrons dans des directions opposées dés que les électrons sont poches l'un de l'autre .
    Si les deux électrons essayent d'aller au même endroit , les spin auront une très forte tendance à se mettre en opposition . Cette force qui apparement essaye d'orienter les deux spins dans des directions opposées l'une a l'autre est beaucoup plus puissante que la tout petite force entre les deux moments magnétiques des electrons .

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  17. #13
    BioBen

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Alors je ne connais pas cette force....
    (désolé).
    Peut-être qu'un des spécialiste de MQ du forum saura te répondre, moi comme ca je ne vois pas (je dirais que c'est parce que la Nature l'a voulu).
    a+
    ben

  18. #14
    Chip

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Dans la citation de Feynman il y a le mot "apparemment"... il ne s'agit pas d'une force à proprement parler, mais d'une impossibilité due au caractère antisymétrique de la fonction d'onde des deux électrons.

  19. #15
    Coincoin

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Salut,
    Je serais d'accord avec Chip : le fait qu'on ne puisse pas rajouter un électron fait appel à un principe (il est impossible d'avoir un électron en plus). En raisonnant avec les mains, on a l'impression qu'il y a une force qui s'exerce sur l'électron qu'on veut rajouter, mais je ne pense pas que cette force existe réellement.
    Encore une victoire de Canard !

  20. #16
    neutrinoman

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    C'est ce que j'essayais d'expliquer il n'y a pas de force qui entre en jeu. Cet état n'est pas possible, les atomes que l'on force à se rapprocher vont donc se séparer en noyaux et électrons qui n'auront plus les nombres quantiques qu'ils avaient dans l'atome.
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  21. #17
    FC05

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Je pense qu'il y confusion entre position et nombres quantiques !

    Deux bosons qui ont la même fonction d'onde ne sont pas par conséquence au même endroit !

    Bon allez, c'est pas parce que vous n'avez pas compris que c'est une raison pour tous vous jeter de la falaise, comme les bosons de Panurge

  22. #18
    Coincoin

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Je pense qu'il y confusion entre position et nombres quantiques !
    C'est possible... personnellement, je parle de particules dans le même état.

    Deux bosons qui ont la même fonction d'onde ne sont pas par conséquence au même endroit !
    Si... La fonction d'onde contient toute l'information sur le système, notamment la position (au sens quantique du terme, c'est-à-dire la densité de probabilité de présence, étant donné que les particules sont délocalisées)
    Encore une victoire de Canard !

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  24. #19
    neutrinoman

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Citation Envoyé par FC05
    Je pense qu'il y confusion entre position et nombres quantiques !

    Deux bosons qui ont la même fonction d'onde ne sont pas par conséquence au même endroit !

    Bon allez, c'est pas parce que vous n'avez pas compris que c'est une raison pour tous vous jeter de la falaise, comme les bosons de Panurge
    Non. C'est vrai que le problème initial était d'avoir 2 électrons au même endroit. Mais ensuite on a voulu raprocher 2 atomes et là la position et les nombres quantiques interviennent. Rien ne m'empèche d'avoir 2 e- dans le même état quantique dans 2 atomes chacun à un bout de la Terre. Mais si je rapproche au maximum ces atomes c'est là que le problème se pose (non recouvrement des orbilales atomiques).

    Je ne comprens pas bien ta dernière remarque !? Bosons de Panurge je ne connais pas non plus.
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  25. #20
    BioBen

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Bosons de Panurge je ne connais pas non plus.
    Ca fait référence aux moutons de Panurge (philo - Rabelais), en gros c'est que quand un mouton se jette de la falaise, tous les autres moutons font pareil (par analogie, les gens à l'époque ne pensaient pas par eux-mêmes et laissaient le sautres penser à leur place, ils les suivaient sans reflechir, comme les moutons).
    Ils apparaissent dans le Quart Livre au chapitre XIII. On fait la connaissance du fameux Panurge dès le Tiers Livre.
    Son nom, transcrit du grec Panourgos, signifie "industrieux, capable de tout". Paillard, cynique, poltron, mais d'esprit fertile, il est le compagnon fidèle de Pantagruel. Dans son château de Salmiguondin, Panurge envisage de se marier, mais il redoute d'être cocu. De longs débats s'engagent sur le mariage et le statut des femmes, et Panurge consulte sur ce sujet une série de personnages (astrologues, médecins, juges, etc... ). Le livre s'achève sur la résolution d'aller consulter l'oracle de la Dive Bouteille. La Quart Livre raconte l'expédition de Pantagruel et de Panurge. Leur périple est l'occasion de rencontres, avec Dindenault, dont Panurge fait noyer tous les moutons, les Chicanoux de l'île de Procuration, les Andouilles de l'île Farouche, les Papefigues et les Papimanes, etc...
    L'épisode des moutons de Panurge se résume ainsi : pendant leur voyage au pays des Lanternes, Panurge se prit, en mer, de querelle avec le marchand Dindenault. Pour se venger, il lui acheta un de ses moutons, qu'il précipita dans la mer. L'exemple et les bêlements de celui-ci entraînèrent tous ses congénères et le marchand lui-même, qui, s'accrochant au dernier mouton, se noya... Bigre !

    Voici un petit passage ("traduit" de l'ancien français) :
    "Panurge jette en pleine mer son mouton criant et bêlant. Tous les autres moutons, criant et bêlant en pareille intonation, commencèrent à se jeter et sauter en mer, après la file. La foule était à qui premier y saiterait après leur compagnon."

    Voici donc l'origine de l'expression "mouton de Panurge" (ou "mouton" tout court), désignant une personne ou un groupe sans personnalité, qui suit le mouvement, la majorité.
    http://forums.futura-sciences.com/ar...hp/t-1213.html
    a+
    ben
    Dernière modification par BioBen ; 08/01/2005 à 17h41.

  26. #21
    neutrinoman

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Ok merci pour Panurge, ça m'a rappellé des choses !

    Sinon pour mon histoire d'état quantique et de position j'espère avoir bien montré que nous ne faisions pas de confusions.

    Nous ne nous sommes pas jeté de la falaise selon moi !
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  27. #22
    FC05

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Deux bosons qui ont la même probabilité de présence de se trouver au même endroit n'y sont pas forcement ... (tous les photons d'un laser ont la même fonction d'onde non ?)

    Quand aux Fermions (les électrons entre autres) ils prefèrent effectivenemt se trouver dans des espaces différents, (autour d'un même atome), c'est le principe de Hund quand on fait les remplissages des couches électroniques (configuration électronique).

    Pour les moutons de Panurge, je pensai que tout le monde connaissait, mais il semble que ça ne fasse plus partie du "Socle Commun de Connaissance" (SCC pour les intimes)

    Les bosons de Panurge, c'est pas de moi, c'est d'une prof de thermodynamique statistique qui en avait marre que ses élèves confondent bosons et fermions ... depuis, chaque fois que j'ai un doute je balance une centaine de moutons à la mer (depuis une falaise, c'est plus impressionant !)
    Dernière modification par FC05 ; 09/01/2005 à 13h47.

  28. #23
    Coincoin

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Deux bosons qui ont la même probabilité de présence de se trouver au même endroit n'y sont pas forcement ...
    Après mesure, effectivement, ils ne seront pas forcément au même endroit (parler de position avant la mesure n'a pas vraiment de sens sauf si on parle de la probabilité de présence), mais ils peuvent très bien l'être... tout comme deux fermions ayant d'autres caractéristiques qui différent peuvent très bien avoir la même position (dans les deux sens, au choix : après la mesure, ou probabilité de présence) (on peut d'ailleurs mettre deux électrons par orbitale grâce au spin, par exemple).

    Et j'avoue que l'expression de "bosons de Panurge" me plaît énomément !
    Encore une victoire de Canard !

  29. #24
    FC05

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Citation Envoyé par Coincoin
    (on peut d'ailleurs mettre deux électrons par orbitale grâce au spin, par exemple).
    Oui, mais au prix d'une énergie, l'énergie d'appariement ... et puis de toute façon le spin étant différent la fonction d'onde est différente ...

    Citation Envoyé par Coincoin
    Et j'avoue que l'expression de "bosons de Panurge" me plaît énormément !
    Moi aussi, mais jai oublié de racheter les droits à ma prof ! Et si il faut c'était pas d'elle !

  30. Publicité
  31. #25
    Coincoin

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Argh ! C'est vrai, j'avais oublié l'énergie d'appariemment... Comment elle s'explique d'un point de vue quantique ? J'en ai déjà entendu parler en chimie, comme une conséquence établie, mais ça doit bien se retrouver formellement, non ?
    Encore une victoire de Canard !

  32. #26
    FC05

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Il me semble avoir fait le calcul dans ma jeunesse ... mais j'ai oublié ... encore une histoire d'intégrale triple sur tout l'espace de deux fonctions d'ondes

    Un truc bien sympa qui te grille 200 000 neurones

  33. #27
    Coincoin

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Ca me paraît bizarre quand même... J'aurais tendance à dire que le recouvrement entre l'état de spin + et celui de spin - est nul...
    Encore une victoire de Canard !

  34. #28
    FC05

    Re : Particule de fermi , principe d'exclusion

    Reflexion faite ... moi aussi ... il faut que je fouille mes archives, malheuresemnt elles on ét colonisées par des moisisures qui me collent des allergies (véridque, c'est pas une excuse pour préserver 200 000 neurones)

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