la longueur d'onde d'un rayonnement electro-magnetique

[invite98103e22]

bonjour à tous
je viens de lire un article sur Wikipedia qui decrit les ondes electro magnetiques
Ma question est la suivante:
y-at-il une limite physique à la frequence et partant à la longueur d'onde qui en est l'inverse ?
ou bien peut-on imaginer une longueur limite (la distance de Planck)? en deça de laquelle une onde electro magnetique n' a pas de sens physique ?
S'il existait ,ce minimum pourrait introduire la notion de quantum de longueur d'onde
Ce serait du meme coup une explication du paradoxe d'achille et de la tortue : achille ne rattrape jamais la tortue parce que quoi qu'il fasse la distance qui les sépare est toujours divisible par 2 donc jamais nulle!
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[LPFR]

Ce serait du meme coup une explication du paradoxe d'achille et de la tortue : achille ne rattrape jamais la tortue parce que quoi qu'il fasse la distance qui les sépare est toujours divisible par 2 donc jamais nulle!

Bonjour.
Le paradoxe d'Achille et la tortue est basé sur une supposition cachée: "il ne peut pas se produire un nombre infini d'éventements dans un temps fini". Cette supposition est évidemment fausse. On peut démontrer qu'elle est fausse de innombrables façons.
Elle n'a rien à voir ni avec la quantification ni avec les longueurs d'onde.
Au revoir.

[Gilgamesh]

bonjour à tous
je viens de lire un article sur Wikipedia qui decrit les ondes electro magnetiques
Ma question est la suivante:
y-at-il une limite physique à la frequence et partant à la longueur d'onde qui en est l'inverse ?
ou bien peut-on imaginer une longueur limite (la distance de Planck)? en deça de laquelle une onde electro magnetique n' a pas de sens physique ?

Le champs EM est couplé aux champs de matière, ça veut dire qu'au dela d'une certaine énergie, il va y avoir création de paires (e- e+) par exemple, autrement dit, le photon va se désintégrer et si c'est un gaz de photons il va y avoir un ensemble de particules (toutes celle dont l'énergie de masse mc² < kT) à l'équilibre thermique.

a+

[invité576543]

(toutes celle dont l'énergie de masse mc² < kT)

La désintégration d'un photon en une paire neutrino/anti-neutrino est interdite pour une raison ou une autre, non?

Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Le champs EM est couplé aux champs de matière, ça veut dire qu'au dela d'une certaine énergie, il va y avoir création de paires (e- e+) par exemple, autrement dit, le photon va se désintégrer et si c'est un gaz de photons il va y avoir un ensemble de particules (toutes celle dont l'énergie de masse mc² < kT) à l'équilibre thermique.
a+

Bonjour.
Une chose que je n'ai jamais comprisse est de quoi dépend qu'un rayon gamma "décide" de créer une paire e+e-? Ce qui me gêne d'avantage est que dans les seules photos (chambre à bulles ou chambre à brouillard) dans lesquels on voit les deux jolis arcs de cercle, la paire s'est produite dans une plaque de plomb dans laquelle on a fait passer des gammas. Est-ce qu'un gamma peut créer une paire sans besoin d'interagir avec la matière? En principe oui, je suppose, mais en pratique, est-ce que cela arrive souvent?
On reçoit de rayons X ou gamma provenant de l'espace bien au delà de 1 MeV et qui ont passé des années voyageant dans l'espace sans créer de paires. Et s'ils en créaient, on devrait voir un joli bruit de fond des gammas correspondants à la recombinaison (1,024 MeV si je ne me trompe pas).
Au revoir.

[Gwyddon]

Bonjour

La désintégration d'un photon en une paire neutrino/anti-neutrino est interdite pour une raison ou une autre, non?

Le photon se couple uniquement aux particules (elementaires) chargees, le neutrino n'etant pas charge, pas de couplage possible.

Je precise "elementaire" car le photon couple aux neutrons, mais via les quarks en fait (qui eux sont charges electriquement)

Bonjour.
Est-ce qu'un gamma peut créer une paire sans besoin d'interagir avec la matière? En principe oui, je suppose, mais en pratique, est-ce que cela arrive souvent?

Ca arrive a chaque instant par fluctuation quantique du vide, donc oui un photon peut creer une paire e+/e- sans interaction avec de la matiere. Pour que cette paire soit reelle (ie qu'elle ne s'annihile pas tout de suite) il faut atteindre une certaine energie, c'est le phenomene de Schwinger.

[invité576543]

Le photon se couple uniquement aux particules (elementaires) chargees, le neutrino n'etant pas charge, pas de couplage possible.

En fait, je savais. Donc l'équilibre dont parle Gilgamesh c'est pour les particules élémentaires chargées telle que mc²<kT, non?

Ca arrive a chaque instant par fluctuation quantique du vide, donc oui un photon peut creer une paire e+/e- sans interaction avec de la matiere. Pour que cette paire soit reelle (ie qu'elle ne s'annihile pas tout de suite) il faut atteindre une certaine energie, c'est le phenomene de Schwinger.

Bizarre ton truc. Pour que l'énergie soit définie, faut un référentiel! S'il n'y a que le photon, pas de référentiel, son énergie n'est pas définie, pas moyen de la comparer à un seuil!

Cordialement,

[Gwyddon]

En fait, je savais. Donc l'équilibre dont parle Gilgamesh c'est pour les particules élémentaires chargées telle que mc²<kT, non?

Oui.

Bizarre ton truc. Pour que l'énergie soit définie, faut un référentiel! S'il n'y a que le photon, pas de référentiel

Hein ? Pas compris la

Je ne faisais pas necessairement reference a ce qu'avait dit Gilgamesh sur ce point particulier, et je ne vois pas ton "un seul photon = pas de referentiel"
. Si tu veux je te prend un observateur tres loin du photon, qui n'interagit pas avec lui et je fabrique mon referentiel avec lui. Mais bon je ne vois pas trop l'interet de ton objection

[mach3]

l'objection de michel est proche du questionnement qui m'est venu en lisant le fil. L'energie d'un photon dépend de l'observateur, si un observateur voit un photon gamma créer une paire electron positron, que voit un observateur pour qui le photon est visible ou radio?

m@ch3

[Gwyddon]

Ah ok je comprend mieux l'objection de Michel. Et bien, là tout de suite, je n'ai pas de réponse désolé

[invite98103e22]

Bonjour.
Une chose que je n'ai jamais comprisse est de quoi dépend qu'un rayon gamma "décide" de créer une paire e+e-? Ce qui me gêne d'avantage est que dans les seules photos (chambre à bulles ou chambre à brouillard) dans lesquels on voit les deux jolis arcs de cercle, la paire s'est produite dans une plaque de plomb dans laquelle on a fait passer des gammas. Est-ce qu'un gamma peut créer une paire sans besoin d'interagir avec la matière? En principe oui, je suppose, mais en pratique, est-ce que cela arrive souvent?
On reçoit de rayons X ou gamma provenant de l'espace bien au delà de 1 MeV et qui ont passé des années voyageant dans l'espace sans matericréer de paires. Et s'ils en créaient, on devrait voir un joli bruit de fond des gammas correspondants à la recombinaison (1,024 MeV si je ne me trompe pas).
Au revoir.

Tout se passe en fait comme si la paire e+ e- "créée " , etait la materialisation d'une ('içi 2) autre forme prise par l'onde electro magnetique incidente à un certain niveau d'energie (une certaine frequence donc ) le fait que cette "transformation" soit reversible
montre que matiere et rayonnement sont 2 aspects differents de la meme chose : l'energie

[LPFR]

Tout se passe en fait comme si la paire e+ e- "créée " , etait la materialisation d'une ('içi 2) autre forme prise par l'onde electro magnetique incidente à un certain niveau d'energie (une certaine frequence donc ) le fait que cette "transformation" soit reversible
montre que matiere et rayonnement sont 2 aspects differents de la meme chose : l'energie

Bonsoir.
Merci Fjre, mais ma question concerne le "quand et pourquoi" et non la conservation ou l'équivalence de l'énergie ou la conservation du moment (qui fait que les deux particules partent dans des directions opposées). Et surtout qu'elle est la probabilité qu'un rayon gamma génère une paire? Les rayons de sources X de l'espace parcourent des distances énormes pendant des temps très grands et ils arrivent chez nous entiers. Faut-il croire que la probabilité de génération de paires est faible?
Au revoir.

[invite98103e22]

Bonsoir.
Merci Fjre, mais ma question concerne le "quand et pourquoi" et non la conservation ou l'équivalence de l'énergie ou la conservation du moment (qui fait que les deux particules partent dans des directions opposées). Et surtout qu'elle est la probabilité qu'un rayon gamma génère une paire? Les rayons de sources X de l'espace parcourent des distances énormes pendant des temps très grands et ils arrivent chez nous entiers. Faut-il croire que la probabilité de génération de paires est faible?
Au revoir.

concernant le pourquoi , je suppose que c'est la loi de l'eenrgie minimale d'un systeme isolé qui fait que le rayonnement gamma reste sous sa forme electro magnétique
en effet sa transformation en paire e+ e- doit correspondre à une forme d'énergie superieure ne serait-ce que par les charges qui sont induites (meme si elles s'annulent) et qui pourraient etre une distorsion de l'espace-temps et les masses (une creation d'espace)
Si on augmente encore l'eenrgie , cela n'est peut etre plus vrai au dela d'une certaine fréquence (quand la longueur d'onde est proche de la distance de planck ) et d'un n tres grand
(dans E = nhf) ou f est la frequence
Dans ce cas la forme circulaire de l'onde (les particules donc) devient lcelle de moindre energie et il y a creation de particules ,elles memes instables vont se "retransformer' en formes plus basse de l'energie ,d'autres particules ,le photon etant la forme ultime recherchée par l'energie correspondant au niveau le plus bas
c'est ce qui se passe dans les accélerateurs
pour le quand ,il faut qu'il y ait interaction avec un champ electro dynamique crée par d'autres particules , au voisinage d'un atome donc

[LPFR]

Bonjour.
Merci Frje.
Cela confirme ce que je soupçonnais, mais que je n'avais pas lu nulle part: que la "matérialisation" des gammas ne se fait que près d'autres particules. Ce qui justifie le fait que la "durée de vie" des gammas dans l'espace soit presque infinie.
Au revoir.

[Gwyddon]

Bonjour,

Desole mais je n'ai rien compris...

en effet sa transformation en paire e+ e- doit correspondre à une forme d'énergie superieure ne serait-ce que par les charges qui sont induites (meme si elles s'annulent) et qui pourraient etre une distorsion de l'espace-temps et les masses (une creation d'espace)

Qu'est ce qu'une forme d'energie superieure ? Quel sens cela a t-il en physique ? Pourquoi parler de distorsion de l'espace-temps, alors que jusqu'a maintenant dans la discussion on s'est place en theorie quantique des champs en espace-temps plat ?

Dans ce cas la forme circulaire de l'onde (les particules donc)

Si tu pouvais eclaircir ce passage, ca m'aiderait aussi. C'est quoi, la "forme circulaire de l'onde"
? Je connais la "polarisation circulaire" (qui n'a rien a voir avec les particules)
, par contre je ne connais pas la "forme circulaire"

[mariposa]

Bonjour,

Pour savoir si une transformation entre particules élémentaires ou pas est possible il y a 2 classes de contraintes a respecter.

1- Les conditions cinématiques:

Conservation de l'énergie, de la quantité de mouvement, conservation du moment angulaire.

2- Conservation des nombres quantiques.

Charge électrique, charge baryonique, charge leptonique etc....

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Dans la réaction: photon donne [e]- + [e+]

Il est facile de vérifier que l'on ne peut pas conserver la quantité de mouvement. En effet si on se place dans un repère centre de gravité des 2 charges dans l'état final la quantité de mouvement est nulle avec une énergie de paire finie. Hors le photon est régit par E = p.c qui signifie qu'une quantité de mouvement nulle implique une énergie nulle.

Pour remedier au problème il y a 2 solutions:

1 prendre un deuxième photon identique de quantité de mouvement opposée. Ce processus existe mais sa probabilité est tellement faible qu'elle n'a jamais pu été mesurée.

2- Adjoindre un Corps ponctuel (qui presente un faible couplage avec le système). En effet celui brise la symétrie de translation continu du système qui impose la conservation de la quantité de mouvement. En representation k ce dernier possède toutes les composantes de Fourier.

[invité576543]

Juste pour dire qu'il y a déjà eu plusieurs discussions dans le passé aboutissant à la conclusion qu'une interaction "à trois pattes" réelles n'est pas possible. Le minimum est quatre pattes réelles. Et la matérialisation du photon avec une particule annexe non modifiée autrement qu'en énergie-quantité de mouvement est une interaction à 5 pattes réelles, alors que sans il n'y a que trois pattes.

Par contre on modélise des interactions à trois pattes dont l'une est une particule virtuelle. Donc on peut trouver dans des modèles un photon virtuel (de durée faible devant l'inverse de sa fréquence, ou plus exactement de produit durée x fréquence faible devant 1, puisqu'alors chacun des termes est mal défini, cause indétermination de Heisenberg) se matérialisant en deux électrons.

Cordialement,

[mach3]

Mariposa, pourrais-tu éviter à l'avenir de mettre des ------------- sur 3 kilomètres, ca permettrait que tes posts tiennent dans la largeur de l'écran et qu'il ne soit pas péniblement nécessaire d'utiliser la barre de défilement horizontale pour les lire.

Nous avons pas tous des résolutions d'écran en 2048 par 1536...

merci

m@ch3

[invited6a8e0a5]

l'objection de michel est proche du questionnement qui m'est venu en lisant le fil. L'energie d'un photon dépend de l'observateur, si un observateur voit un photon gamma créer une paire electron positron, que voit un observateur pour qui le photon est visible ou radio?

m@ch3

Bonjour Mach3.

"L'énergie du photon dépends de l'observateur"
Je ne comprends pas, du referentiel oui mais de l'observateur je ne comprends pas.

Merci

[invité576543]

"L'énergie du photon dépends de l'observateur"
Je ne comprends pas, du referentiel oui mais de l'observateur je ne comprends pas.

C'est pareil dans le contexte. Quand on dit "de l'observateur" on veut dire "du référentiel de l'observateur".

Cordialement,

[mach3]

Juste pour dire qu'il y a déjà eu plusieurs discussions dans le passé aboutissant à la conclusion qu'une interaction "à trois pattes" réelles n'est pas possible. Le minimum est quatre pattes réelles. Et la matérialisation du photon avec une particule annexe non modifiée autrement qu'en énergie-quantité de mouvement est une interaction à 5 pattes réelles, alors que sans il n'y a que trois pattes.

donc, le phénomène "photon unique donne une paire e+ e-" n'est jamais observé et il n'y a donc pas de contradiction.
Lorsqu'une création de paire est observée, elle résulte de la collision de deux photons, l'énergie de ces deux photons étant au moins supérieure à l'énergie d'une paire e+ e- au repos. Du coup selon le référentiel on aura juste un photon de faible fréquence qui rencontre un photon de très haute fréquence, ou deux photons de haute fréquence qui se rencontrent et la création de paire n'est plus dépendante du référentiel comme elle me semblait l'être.

m@ch3

[invité576543]

Lorsqu'une création de paire est observée, elle résulte de la collision de deux photons

Je ne le comprends pas comme cela.

C'est plutôt l'interaction entre particules réelles le cas usuel (cas 2 du message de mariposa) :

gamma + x --> e+ + e- + x

avec x une particule matérielle non modifiée en nature (mais dont l'énergie-impulsion est modifiée)

La particule x avant le choc (par exemple) peut servir de référentiel, et cela permet de définir l'énergie du gamma et donc un seuil minimal pour que l'interaction puisse se faire.

Cordialement,

[invited6a8e0a5]

C'est pareil dans le contexte. Quand on dit "de l'observateur" on veut dire "du référentiel de l'observateur".

Cordialement,

Non, il parait que c'est diferrent car un chat enfermé dans une boite peut-être et vivant et mort. Le reférentiel est le même avec ou sans observateur.
C'est cependant celui-ci qui "tranche", peux-tu m'expliquer cela ?

Merci

[invité576543]

Non, il parait que c'est diferrent car un chat enfermé dans une boite peut-être et vivant et mort. Le reférentiel est le même avec ou sans observateur.
C'est cependant celui-ci qui "tranche", peux-tu m'expliquer cela ?

J'ai écrit "dans le contexte". Tu parles d'un autre contexte.

Cordialement,

[mariposa]

Juste pour dire qu'il y a déjà eu plusieurs discussions dans le passé aboutissant à la conclusion qu'une interaction "à trois pattes" réelles n'est pas possible. Le minimum est quatre pattes réelles. Et la matérialisation du photon avec une particule annexe non modifiée autrement qu'en énergie-quantité de mouvement est une interaction à 5 pattes réelles, alors que sans il n'y a que trois pattes.

Bonjour,

Attention il s'agit de considérations lié à un langage technique de perturbation. J'appelle çà du jargon de métier (ce qui n'a rien de méprisable en soi) qui peut presenter un intéret pratique qui n'est pas vraiment de la physique.

Quand une particule diffuse (par exemple un électron sur un proton) sur un potentiel il y a "3 pattes". Autrement dit on a fabriqué un hamiltonien effectif (3 pattes) à partir d'un diagramme à 4 pattes.

Par contre on modélise des interactions à trois pattes dont l'une est une particule virtuelle.

Ce n'est pas une particularité d'un diagramme à 4 pattes. L'interaction de 2 électrons au deuxième ordre de perturbation est representé par un diagramme à 4 pattes avec comme ligne interne un échange de photons virtuels.

Donc on peut trouver dans des modèles un photon virtuel (de durée faible devant l'inverse de sa fréquence, ou plus exactement de produit durée x fréquence faible devant 1, puisqu'alors chacun des termes est mal défini, cause indétermination de Heisenberg) se matérialisant en deux électrons.

Cordialement,

On ne peut pas modéliser un phénomène par des photons virtuels. La modélisation porte sur la structure mathématique de l'hamiltonien. Si on traite celui-ci en perturbation, il s'agit d'un développement limité qui s'exprime en fonctions des éléments de matrice de la perturbation dans la base du système non perturbé. Ces élements de matrice sont representés par des bouts de graphes dont certaines lignes (internes) sont appelés particules virtuelles. Les pazrticules virtuelles ne sont pas des particules du tout et il n'est pas possible de faire de la physique avec. La raison peut se comprendre facilement: Le même problème traiter sans technique de perturbations ne fait pas apparaitre de particules virtuelles et pourtant la solution est excate!!!!

[mariposa]

l'objection de michel est proche du questionnement qui m'est venu en lisant le fil. L'energie d'un photon dépend de l'observateur, si un observateur voit un photon gamma créer une paire electron positron, que voit un observateur pour qui le photon est visible ou radio?

m@ch3

Bonjour,

Le principe est simple.

Quand on change de repère la fréquence du phon change car il s'agit tout simplement d'une forme d'énergie cinétique. Il n'y a donc aucune différence de principe ave l'énergie cinétique d'une particule possédant une masse. Son énergie cinétique dépend elle aussi du repère dans lequel on décrit. en particulier il existe un repère pour laquelle son énergie cinétiue est nulle. Bien entendu ce n'est pas le cas du photon.

[invité576543]

1 prendre un deuxième photon identique de quantité de mouvement opposée. Ce processus existe mais sa probabilité est tellement faible qu'elle n'a jamais pu été mesurée.

Une petite remarque sur ce cas 1 : dans l'écrasante majorité des cas, pour deux photons quelconques il existe un référentiel dans lequel ils ont des quantité de mouvement exactement opposées (et donc la même énergie).

Ce n'est donc pas des considérations sur leur quantités de mouvement qui fait que le le processus est rare ou inexistant.

Cordialement,

[invité576543]

l'objection de michel est proche du questionnement qui m'est venu en lisant le fil. L'energie d'un photon dépend de l'observateur, si un observateur voit un photon gamma créer une paire electron positron, que voit un observateur pour qui le photon est visible ou radio?

Dans le cas d'un interaction

photon + x --> e+ + e- + x

un observateur pour lequel le photon est un photon radio voit une particule x se balader avant le choc à une vitesse relativiste, puis qui cède une grosse partie de son énergie (telle que mesurée par l'observateur) sous forme d'une paire (e+, e-) lors de l'absorption du photon radio.

En effet, si le photon est gamma dans le référentiel où x est immobile, x va nécessairement à une vitesse proche de c dans un référentiel où le photon est radio.

Cordialement,

[Gwyddon]

Bonjour,

Ceci a l'attention des autres lecteurs :

Les pazrticules virtuelles ne sont pas des particules du tout et il n'est pas possible de faire de la physique avec.

C'est ta vision des choses mariposa, et n'oublie pas de le dire car tous les physiciens ne partagent pas cette opinion (je ne veux pas relancer l'eternel debat qui existe avec toi sur ce forum, je veux juste inviter les lecteurs a faire tres attention a ce qui est dit ici et a faire la part des choses entre des concepts universellement partages, et d'autres qui le sont moins)

[mariposa]

Une petite remarque sur ce cas 1 : dans l'écrasante majorité des cas, pour deux photons quelconques il existe un référentiel dans lequel ils ont des quantité de mouvement exactement opposées (et donc la même énergie).

Ce n'est donc pas des considérations sur leur quantités de mouvement qui fait que le le processus est rare ou inexistant.

Cordialement,

Absolument. La conservation des grandeurs cinématiques (energie, quantite de mouvement, moment angulaire) assurent que la transition est possible (Comme tu le sais ce n'est que la traduction des propriétés de symétries de l'espace-temps) et donc non interdite par des considérations de symétrie.

Pour connaitre la force de la transition il faut faire un calcul (en pratique un calcul de perturbation). La contribution des termes à la section efficace est non nulle à partir d'un certain ordre de la perturbation. plus cette ordre est élevè, plus la section efficace sera faible. C'est le cas pour l'interaction photon-photon.

a noter qu'une certaine équivalence des photons en physique des solides sont les interactions phonons-phonons qui elles ne sont pas négligeables et se manifestent à l'échelle macroscopique par le phénomène de dilatation.