0 photons, 1 photon, 2 photons, 3 ...

[invitee9f36a52]

Bonjour,

Je me pose quelques questions à propos de ce que l´on appelle une impulsion à n photons (n entiers, n réel?). Je viens de lire des articles concernant des expériences cherchant à démontrer l´existence du photon (http://people.whitman.edu/~beckmk/QM.../grangier.html). Il est dit dans ces articles que l´effet photoélectrique n´est pas une preuve de l´existence du photon, même si il en suggère fortement "l´existence": il est facile de retrouver tous les caractéristiques de l´effet photoélectrique, en utilisant par exemple un modèle quantique à deux niveaux d´un système physique interagissant avec une onde électromagnétique classique (i.e décrit par les équations de maxwell), même si la lumière est très atténuée. Pas la peine de quantifier le champ, donc pas de photon.

Les expériences prouvant "l´existence" du photon (interférences dites à un seul photon) utilisent des champs ou impulsion à un seul photon qui nécessite des sources particulières et une écriture quantique des champs qu´elles émettent.
Si l´on utilise une description quantique d´un champ très atténués émis par une source "classique" (une diode laser), on peut avoir un nombre moyen de photon par impulsion qui est très petit devant 1.

Cela me perturbe!!! Que signifie une telle impulsion dite émise par une source classique au niveau expérimental? Si j´ai une source qui émet de telles impulsions, disons 1000 lors d´une expérience, et que je possède un photomultiplicateur par exemple, est ce que cela veut dire que je vais avoir un nombre de détection très petit devant 1000 lors de la durée de mon expérience? Si oui, qu´est il advenu des impulsions non détectées????


Y aurait t´il un champion de l´optique quantique dans l´assistance qui pourrait m´éclairer.

Par avance merci,

Grégory
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[mariposa]

Bonjour,

Je me pose quelques questions à propos de ce que l´on appelle une impulsion à n photons (n entiers, n réel?). Je viens de lire des articles concernant des expériences cherchant à démontrer l´existence du photon (http://people.whitman.edu/~beckmk/QM.../grangier.html). Il est dit dans ces articles que l´effet photoélectrique n´est pas une preuve de l´existence du photon, même si il en suggère fortement "l´existence": il est facile de retrouver tous les caractéristiques de l´effet photoélectrique, en utilisant par exemple un modèle quantique à deux niveaux d´un système physique interagissant avec une onde électromagnétique classique (i.e décrit par les équations de maxwell), même si la lumière est très atténuée. Pas la peine de quantifier le champ, donc pas de photon.

Les expériences prouvant "l´existence" du photon (interférences dites à un seul photon) utilisent des champs ou impulsion à un seul photon qui nécessite des sources particulières et une écriture quantique des champs qu´elles émettent.
Si l´on utilise une description quantique d´un champ très atténués émis par une source "classique" (une diode laser), on peut avoir un nombre moyen de photon par impulsion qui est très petit devant 1.

Cela me perturbe!!! Que signifie une telle impulsion dite émise par une source classique au niveau expérimental? Si j´ai une source qui émet de telles impulsions, disons 1000 lors d´une expérience, et que je possède un photomultiplicateur par exemple, est ce que cela veut dire que je vais avoir un nombre de détection très petit devant 1000 lors de la durée de mon expérience? Si oui, qu´est il advenu des impulsions non détectées????


Y aurait t´il un champion de l´optique quantique dans l´assistance qui pourrait m´éclairer.

Par avance merci,

Grégory

Je ne suis pas un spécialiste d'optique quantique, voilà mon premier reflexe.

Tu peux avoir un champ décrit par: |C> = a.|0> + b.|1>

Dont la valeur moyenne de l'opérateur nombre n = <C|N|C> est < 1

Donc avec l'état du vide tu peux avoir un nombre moyen de photons < 1

[invitee9f36a52]

Je ne suis pas un spécialiste d'optique quantique, voilà mon premier reflexe.

Tu peux avoir un champ décrit par: |C> = a.|0> + b.|1>

Dont la valeur moyenne de l'opérateur nombre n = <C|N|C> est < 1

Donc avec l'état du vide tu peux avoir un nombre moyen de photons < 1

Salut et merci pour avoir lu et répondu

J´ai eu le même réflexe, ou tout du moins je me souviens de mes cours de méca Q, et dans l´histoire le côté calculatoire est la seule chose qui me "paraisse" logique. C´est au niveau expérimental que cela coince. Je suis un opticien expérimental, et penser à une impulsion que l´on peut ne pas détecter sans préciser ou elle va me perturbe un peu. Peut être faudrait il aussi imaginer le processus de détection de facon quantique pour que cela paraisse moins bizarre.

Grégory

[mariposa]

Salut et merci pour avoir lu et répondu

J´ai eu le même réflexe, ou tout du moins je me souviens de mes cours de méca Q, et dans l´histoire le côté calculatoire est la seule chose qui me "paraisse" logique. C´est au niveau expérimental que cela coince. Je suis un opticien expérimental, et penser à une impulsion que l´on peut ne pas détecter sans préciser ou elle va me perturbe un peu. Peut être faudrait il aussi imaginer le processus de détection de facon quantique pour que cela paraisse moins bizarre.

Grégory

du point de vue expérimental tu détecteras un photon mais avec une probabilité |b|2 <1

[A voir en vidéo sur Futura]

[Thwarn]

L'equipe de Haroche, Raymond, Brune etc, ont quand meme compté des photons en cavité (cf l'article de Nature).

[Chip]

Il est dit dans ces articles que l´effet photoélectrique n´est pas une preuve de l´existence du photon, même si il en suggère fortement "l´existence": il est facile de retrouver tous les caractéristiques de l´effet photoélectrique, en utilisant par exemple un modèle quantique à deux niveaux d´un système physique interagissant avec une onde électromagnétique classique (i.e décrit par les équations de maxwell), même si la lumière est très atténuée. Pas la peine de quantifier le champ

Tout à fait. D'ailleurs ça a déjà fait l'objet de plusieurs discussions sur ce forum.

Si l´on utilise une description quantique d´un champ très atténués émis par une source "classique" (une diode laser), on peut avoir un nombre moyen de photon par impulsion qui est très petit devant 1.

Cela me perturbe!!! Que signifie une telle impulsion dite émise par une source classique au niveau expérimental? Si j´ai une source qui émet de telles impulsions, disons 1000 lors d´une expérience, et que je possède un photomultiplicateur par exemple, est ce que cela veut dire que je vais avoir un nombre de détection très petit devant 1000 lors de la durée de mon expérience?

Oui, c'est ça. Voir ce que t'a répondu mariposa (même si l'état qu'il a écrit n'est pas exactement celui qu'on attend pour une impulsion laser très atténuée).

Si oui, qu´est il advenu des impulsions non détectées????

Ça dépend ce que tu entends par là... si tu parles de l'état quantique par lequel on représente l'impulsion, il a été "projeté", la plupart du temps, dans l'état vide de photons*. Si tu fais référence au processus global incluant l'atténuation de l'impulsion et te demandes où est passée l'énergie : dans le cas d'une atténuation par absorption par exemple, eh bien à chaque fois que tu ne détectes aucun photon dans l'impulsion atténuée, toute l'énergie de l'impulsion initiale a été absorbée par le dispositif d'atténuation... (en supposant pour simplifier que ton détecteur est parfait, bien entendu)

* je suppose que tu as un détecteur non destructif (ce n'est pas courant )

[invitee9f36a52]

Tout à fait. D'ailleurs ça a déjà fait l'objet de plusieurs discussions sur ce forum.

Oui, c'est ça. Voir ce que t'a répondu mariposa (même si l'état qu'il a écrit n'est pas exactement celui qu'on attend pour une impulsion laser très atténuée).

Ça dépend ce que tu entends par là... si tu parles de l'état quantique par lequel on représente l'impulsion, il a été "projeté", la plupart du temps, dans l'état vide de photons*. Si tu fais référence au processus global incluant l'atténuation de l'impulsion et te demandes où est passée l'énergie : dans le cas d'une atténuation par absorption par exemple, eh bien à chaque fois que tu ne détectes aucun photon dans l'impulsion atténuée, toute l'énergie de l'impulsion initiale a été absorbée par le dispositif d'atténuation... (en supposant pour simplifier que ton détecteur est parfait, bien entendu)

* je suppose que tu as un détecteur non destructif (ce n'est pas courant )

Salut à tous et merci pour les réponses,


Ok 1000 excuses si j´ai rabâché des choses qui ont déjà été dites ici, mais je voulais avoir un mail "self consistent".


Oui je faisais référence à la conservation de l´énergie. Donc ce que je trouve bizarre dans cette histoire, c ´est que si l´on prend le cas d´une atténuation par absorption (une lame atténuante devant un détecteur par exemple) et que comme tu le dis toute l´énergie de l´impulsion initiale a été absorbée, comment peut on encore se donner le droit de parler d´impulsion, ou de photon non détectés par le détecteur? si l´impulsion est absorbée par la lame atténuante, elle n´existe plus après la lame atténuante!
Je ne trouve pas "logique" (je ne sais pas quel mot utiliser la) ensuite le fait d´utiliser des impulsions qui n´existent plus (donc 0 photons détecté au niveau de mon détecteur) pour définir des impulsions à 0.001 photons:1 photon détecté car une impulsion non absorbée par la lame/1000 impulsions avec dans ces 1000 impulsions, 999 qui n´ont pas franchi le cap de la lame....


Grégory

[Chip]

comment peut on encore se donner le droit de parler d´impulsion, ou de photon non détectés par le détecteur? si l´impulsion est absorbée par la lame atténuante, elle n´existe plus après la lame atténuante! Je ne trouve pas "logique" (je ne sais pas quel mot utiliser la) ensuite le fait d´utiliser des impulsions qui n´existent plus (donc 0 photons détecté au niveau de mon détecteur) pour définir des impulsions à 0.001 photons:1 photon détecté car une impulsion non absorbée par la lame/1000 impulsions avec dans ces 1000 impulsions, 999 qui n´ont pas franchi le cap de la lame...

Parce que tant que la détection n'a pas été faite, l'état (quantique) du système est une superposition de plusieurs états. Tu ne peux pas dire que la plupart du temps, l'impulsion a été absorbée avant même qu'on n'ait détecté l'état "vide de photon", ça c'est un raisonnement classique (qui est contredit par des expériences). L'état avant détection est un état intriqué entre l'état de l'impulsion lumineuse et l'état du dispositif absorbant.

[mariposa]

Salut à tous et merci pour les réponses,


Ok 1000 excuses si j´ai rabâché des choses qui ont déjà été dites ici, mais je voulais avoir un mail "self consistent".


Oui je faisais référence à la conservation de l´énergie. Donc ce que je trouve bizarre dans cette histoire, c ´est que si l´on prend le cas d´une atténuation par absorption (une lame atténuante devant un détecteur par exemple) et que comme tu le dis toute l´énergie de l´impulsion initiale a été absorbée, comment peut on encore se donner le droit de parler d´impulsion, ou de photon non détectés par le détecteur? si l´impulsion est absorbée par la lame atténuante, elle n´existe plus après la lame atténuante!
Je ne trouve pas "logique" (je ne sais pas quel mot utiliser la) ensuite le fait d´utiliser des impulsions qui n´existent plus (donc 0 photons détecté au niveau de mon détecteur) pour définir des impulsions à 0.001 photons:1 photon détecté car une impulsion non absorbée par la lame/1000 impulsions avec dans ces 1000 impulsions, 999 qui n´ont pas franchi le cap de la lame....

Grégory

Le champ modèle que j'ai écrit n'est pas un état propre de l'hamiltonien du champ électromagnétique puisque [H,N] = 0

[invitee9f36a52]

Parce que tant que la détection n'a pas été faite, l'état (quantique) du système est une superposition de plusieurs états. Tu ne peux pas dire que la plupart du temps, l'impulsion a été absorbée avant même qu'on n'ait détecté l'état "vide de photon", ça c'est un raisonnement classique (qui est contredit par des expériences). L'état avant détection est un état intriqué entre l'état de l'impulsion lumineuse et l'état du dispositif absorbant.

Salut,

Juste deux dernières questions concernant ce sujet:
-Est t´on obligé d´utiliser l´état "vide de photon" pour décrire cette expérience?
-Aurais tu des références (livres, liens internet) qui expliquent un peu plus en détails tout ce que l´on a évoqué dans cette discussion (en particuliers ce que tu viens de dire dans ton dernier post)

Chip et Mariposa, merci encore pour les réponses,

Grégory

[Chip]

-Est t´on obligé d´utiliser l´état "vide de photon" pour décrire cette expérience?

Je dirais que ça dépend des détails de l'expérience. S'il s'agit simplement d'envoyer une impulsion laser très atténuée sur un détecteur habituel (photodiode, photomultiplicateur, CCD...), il n'y a pas besoin de quantifier le champ (c'est ce que tu rappelais dans ton message initial).

-Aurais tu des références (livres, liens internet) qui expliquent un peu plus en détails tout ce que l´on a évoqué dans cette discussion (en particuliers ce que tu viens de dire dans ton dernier post)

Sur le principe de superposition en physique quantique, c'est tellement fondamental que vraisemblablement tout ouvrage de PhQ aborde ce point (plus ou moins en profondeur). Il y a sûrement de bonnes références web données dans la bibliothèque virtuelle du forum... Mais tu veux peut-être des références sur un point plus particulier?

[invitee9f36a52]

Je dirais que ça dépend des détails de l'expérience. S'il s'agit simplement d'envoyer une impulsion laser très atténuée sur un détecteur habituel (photodiode, photomultiplicateur, CCD...), il n'y a pas besoin de quantifier le champ (c'est ce que tu rappelais dans ton message initial).

Sur le principe de superposition en physique quantique, c'est tellement fondamental que vraisemblablement tout ouvrage de PhQ aborde ce point (plus ou moins en profondeur). Il y a sûrement de bonnes références web données dans la bibliothèque virtuelle du forum... Mais tu veux peut-être des références sur un point plus particulier?

Salut,

Oui je parlais de références orientées en particuliers sur l´optique quantique et qui aborde les expériences dont on a parlé dans cette discussion. J´aimerais voir les équations de plus prés, en particuliers la comparaison approche classique/approche quantique. Lorsque tu dis, je cite, que:

Parce que tant que la détection n'a pas été faite, l'état (quantique) du système est une superposition de plusieurs états. Tu ne peux pas dire que la plupart du temps, l'impulsion a été absorbée avant même qu'on n'ait détecté l'état "vide de photon", ça c'est un raisonnement classique (qui est contredit par des expériences). L'état avant détection est un état intriqué entre l'état de l'impulsion lumineuse et l'état du dispositif absorbant

Cela me met l´eau à la bouche, donc j´aimerais bien regarder les expériences dont tu parles!

A bientôt,

Grégory

[Chip]

Il y a bien sûr des références assez techniques sur l'optique quantique. Sinon il y a le récent "Exploring the quantum: atoms, cavities, and photons" de Serge Haroche et Jean-Michel Raimond. Je ne l'ai pas encore lu mais c'est forcément très bien... (mais pas donné, environ 50 euros)