Particules virtuelles et interactions

[Seirios]

Bonjour à tous,

On peut voir les interactions (électromagnétique, forte et faible) comme l'échange de bosons virtuels, correspondant à l'interaction en question ; une particule virtuelle étant une particule résultant du principe d'incertitude de Heisenberg sur l'énergie et sur le temps.

Par ce principe, on retrouve également ainsi une mer de particules virtuelles autour d'une particule.

Mais ce qui m'échappe, c'est comment, dans cette mer de particules virtuelles, uniquement les bosons virtuels correspondant à une certaine interaction (par exemple les photons virtuels dans l'interaction entre deux électrons), s'organisent pour donner une interaction cohérence.

Quelqu'un pourrait-il m'éclairer ?

Merci d'avance
Phys2
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[Weensie]

Je n'ai pas cerné le point de ta question , serait -il possible que tu la formules différement ?

Quoi qu'il en soit je suis persuadé que c'est encore une question qui va nous donner du fil à retordre

[Seirios]

Je n'ai pas cerné le point de ta question , serait -il possible que tu la formules différement ?

Essayons donc d'être laconique : Comment sort, de la multide des particules virtuelles dans laquelle baigne les particules, une interaction cohérente par certaines de ces particules virtuelles ?

C'est mieux ?

[invite8ef897e4]

Bonjour

Comment sort, de la multide des particules virtuelles dans laquelle baigne les particules, une interaction cohérente par certaines de ces particules virtuelles ?

Non ce n'est pas tres clair franchement

Je crois qu'il faut d'abord remettre un peu les choses en perpectives. Les particules virtuelles sont utilisees dans un contexte bien particulier, celui d'un developpement en serie d'une amplitude quantique a haute energie (relativiste). Les gens qui utilisent ce langage le font parce que c'est utile a leurs preoccupations et permet de faire des raccourcis dans la discussion. Mais tu verras partout des gens qui nient la realite des particules virtuelles, et ils ont de bonnes raisons pour cela.

Il faut que tu sois plus precis sur ce qui te concernes. Si tu insistes pour decrire une situation statique (ni relativiste, ni quantique) en termes de particules virtuelles, c'est faisable, ca marche, mais ce n'est pas tres pertinent. Si tu veux decrire les hadrons a hautes energies, alors le langage est pertinent.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Seirios]

Non ce n'est pas tres clair franchement

Alors je réessaie une explication :

On dit que les interactions entre particules se font par l'intermédiaire de particules virtuelles ; les interactions électromagnétiques par des photons virtuels, les interactions fortes par des gluons virtuels, etc.

Pourtant, on trouve (même si on ne peut pas les observer) entre les particules une mer de particules virtuelles, due au principe d'incertitude, une certaine énergie pouvant apparaître, en l'occurance sous forme de particules, ex nihilo, pendant un certain temps, au bout duquel les particules devront être réabsorber, s'anihiler, etc. ; les valeurs d'énergie et de temps devant respecter l'inégalité du principe d'incertitude.

Ce que j'aimerais savoir, c'est comment deux électrons, par exemple, arrive à s'échanger un photon virtuel (un pour simplifier) pour interagir électromagnétiquement, alors que l'on trouve tout un méli-mélo de particules virtuelles entre ces deux électrons.

Le cadre reste donc très large, sans contexte en particulier (et donc sans forcément une pertinence apparemment...) ; je vise ici une vision générale des choses.

[invite8ef897e4]

Ce que j'aimerais savoir, c'est comment deux électrons, par exemple, arrive à s'échanger un photon virtuel (un pour simplifier) pour interagir électromagnétiquement, alors que l'on trouve tout un méli-mélo de particules virtuelles entre ces deux électrons.

Bon tres bien, prenons la diffusion Moller electron-electron, excellent exemple vu qu'on peut calculer ce genre de choses avec grande precision.

Il y a plusieurs facons de decrire les calculs effectues. Le truc qui te concernes, c'est que tu dois inclure les fluctuations en paires virtuelles dans le processus : cela change la propagation des electrons et des photons, c'est la partie que l'on appelle "energie propre" ou "polarisation du vide", et cela change aussi le vertex d'interaction (le deux sont relies d'ailleurs par invariance de gauge, ce sont les relations de Ward-Takahashi). Tu dois aussi inclure les emissions de particules reeles, typiquement un photon, a basse energie ou colineaire a un deux electrons, de sorte que tu ne peux pas le voir dans ton experience. Tu dois donc integrer jusqu'a une certaine coupure correspondant a une energie minimale des photons que tu peux voir dans ton laboratoire. Mais cela diverge toujours. Tu dois choisir une procedure de dite de regularisation, en introduisant par exemple une autre coupure, ou (souvent considere mieux) en disant que l'espace-temps n'a pas forcement 4 dimensions, puis tu renormalises les constantes (masses et charges) de sorte que l'amplitude ne dependent plus de cette methode de regularisation. Alors, les divergences entre les fluctuations virtuelles et les fluctuations reeles en deca de la coupure de detections pour les photons reelles se compensent et tu obtiens une amplitude finie. Cela marche pour les theories dites... renormalisables

Tu vois, tout cela est loin d'etre trivial au point que l'on puisse donner une explication simple qui ne soit pas aussi trompeuse. Au passage, les masses et charges des electrons ont ete rendues dependantes de l'echelle par evolution sous le groupe de renormalisation, et on dit souvent que c'est ce qui traduit physiquement l'effet des fluctuations de particules virtuelles. Mais il ne faut pas oublier les divergences infrarouges non-plus, qui sont certes plus simples mais pas moins profondes. En particulier, dans la limite ou la resolution de ton detecteur tend vers l'infini, l'amplitude diverge ! Cela traduit le fait que, effectivement, il y a une infinite de fluctuations accompagnant un electron et collineaires a celui-ci.

[invite54165721]

Bonjour,

Il y a une tendance à préter une certaine réalité aux diagrammes de Feynman dont il faut sans doute se méfier.
Outre qu'ils apparaissent dans un type de calcul bien particulier, Il font apparaître des particules dites virtuelles en dehors de leur masse naturelle.
Les fondateurs de la MQ se méfiaient à juste titre des choses qu'on ne peut mesurer ou observer c'est le cas typique pour les particules virtuelles.

[Gwyddon]

Hello,

des choses qu'on ne peut mesurer ou observer c'est le cas typique pour les particules virtuelles.

Ceci dit on peut en mesurer leurs effets, quand on regarde les corrections quantiques aux observables physiques telles que la section efficace ou le taux de désintégration.

Il faut voir les particules virtuelles pour ce qu'elles sont : un intermédiaire de calcul dans un développement perturbatif.

Du coup cette phrase ne fait pas de sens de manière rigoureuse :

Ce que j'aimerais savoir, c'est comment deux électrons, par exemple, arrive à s'échanger un photon virtuel (un pour simplifier) pour interagir électromagnétiquement, alors que l'on trouve tout un méli-mélo de particules virtuelles entre ces deux électrons.

car lors d'une interaction électromagnétique entre deux électrons réels, ce n'est pas 1 photon (virtuel) qui est échangé, mais une infinité, avec un nombre arbitraire de boucles, qui fait aussi intervenir formellement des effets d'interactions fortes via les boucles de quarks, de gluons à l'intérieur au 3e ou 4e ordre, etc...

[chaverondier]

...Tu dois donc integrer jusqu'a une certaine coupure correspondant a une energie minimale des photons que tu peux voir dans ton laboratoire. Mais cela diverge toujours. Tu dois choisir une procedure dite de regularisation, en introduisant par exemple une autre coupure, ou (souvent considere mieux) en disant que l'espace-temps n'a pas forcement 4 dimensions, puis tu renormalises les constantes (masses et charges) de sorte que l'amplitude ne dependent plus de cette methode de regularisation. Alors, les divergences entre les fluctuations virtuelles et les fluctuations reeles en deca de la coupure de detections pour les photons reelles se compensent et tu obtiens une amplitude finie. Cela marche pour les theories dites... renormalisables

Tu vois, tout cela est loin d'etre trivial au point que l'on puisse donner une explication simple qui ne soit pas aussi trompeuse. Au passage, les masses et charges des electrons ont ete rendues dependantes de l'echelle par evolution sous le groupe de renormalisation, et on dit souvent que c'est ce qui traduit physiquement l'effet des fluctuations de particules virtuelles...

Pour ceux qui (malgré tout) voudraient (quand même) en savoir un peu plus sur cette mystérieuse question de renormalisation : A hint of renormalization http://arxiv.org/abs/hep-th/0212049 B. Delamotte

[invite54165721]

Ce n'est déja pas facile en QED mais qu'en est il des diagrammes de Feynman en QCD? (et des quarks virtuels)
Si l'on ne peut les utiliser qu'aux hautes énergies où l'interaction est petite, cela pose t il un probleme supplémentaire pour les calculs d'intégration sur les impulsions faibles ?

[invite8ef897e4]

On m'a laisse la question de npQCD ?

Ce n'est déja pas facile en QED mais qu'en est il des diagrammes de Feynman en QCD? (et des quarks virtuels)
Si l'on ne peut les utiliser qu'aux hautes énergies où l'interaction est petite, cela pose t il un probleme supplémentaire pour les calculs d'intégration sur les impulsions faibles ?

Cela pose un probleme serieux, c'est clair. De facon schematique, l'ordre de grandeur des impulsions fixe la constante de couplage, et donc le "parametre de la serie de Taylor". Lorsque le parametre vaut plus que 1, la serie n'a meme plus de sens !

Il existe divers moyens pour faire des approximations, utiliser d'autres parametres d'expansion par exemple (tels que, le nombre de couleurs = 3 en QCD : cela peut paraitre petit, mais lorsqu'on calcul une probabilite, on prend le carre de l'amplitude. L'amplitude ecrite en serie dont les termes prennent un facteur 1/3 geometriquement, cela converge suffisamment pour faire des approximations utiles). Une autre facon est de faire usage de methodes non-perturbatives. Cela se resume souvent a introduire des termes non-perturbatifs que l'on pense (ou sait) etre physiques (donc pertinents) et definir une autre methode perturbative sur ces objets. Ou encore, des techniques dites de resommation, applicables lorsque l'on fait des doubles series. Enfin, des modeles completement non-perturbatifs, tels par exemple les methodes semi-classiques, mais les approximations sont difficiles a maitriser (ou justifier, au dela de l'intuition physique). D'autres methodes non-perturbatives font usage de "regles de sommes" qui indiquent des choses telles que "la charge totale du neutron est nulle" et cela doit etre vrai a toute echelle lorsqu'on integre sur les degres de liberte utilises pour decrire le neutron. J'ai failli oublier de mentionner les techniques sur reseau, qui sont des methodes "brutes" de calcul numerique, atteignant aujourd'hui un niveau d'elaboration en faisant une discipline a part entiere.

Le sujet est vaste...