Largeur du paquet d'onde d'un photon émis thermiquement?

[Aragorn_54]

Bonjour à tous !

Je suis doctorant/thésard et je m'intéresse actuellement à une description de la lumière visible provenant de quasars (> émise thermiquement) sous forme de paquets d'onde (que j'ai supposés gaussiens).

La raison pour laquelle je vous écris est que j'ai eu beau chercher dans des livres de référence et demander à d'autres physiciens de mon entourage, une question (a priori assez banale) reste sans réponse:
Que vaut la largeur d'un photon décrit sous la forme d'un paquet d'onde émis thermiquement (filament, quasar,..)? Comment déterminer cette valeur à partir des autres paramètres que l'on connaît de la source?
Quand je parle de largeur, je parle de , ou , peu importe.


Merci d'avance pour votre aide! ..et merci d'inclure une référence, si l'un d'entre vous a une idée ^^.


PS : Vous remarquerez que la question est assez générale, en fait. En effet, on peut aussi se demander comment déterminer la largeur (et aussi la forme, d'ailleurs) d'un électron, décrit comme paquet d'onde, provenant d'une désintégration beta, par exemple.
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[invitea774bcd7]

sous forme de paquets d'onde (que j'ai supposés gaussiens).

Bah c'est la largeur de la Gaussienne que tu as pris, non Ca te donne un delta nu...
Ou alors j'ai pas capté, ce qui est fort possible
Pourquoi prendre une Gaussienne d'ailleurs ? Y a les densités spectrales du corps noir pour ça (pour une température donnée, ça te dit combien y a de photons d'une fréquence donnée)

[gatsu]

Bonjour à tous !

Je suis doctorant/thésard et je m'intéresse actuellement à une description de la lumière visible provenant de quasars (> émise thermiquement) sous forme de paquets d'onde (que j'ai supposés gaussiens).

La raison pour laquelle je vous écris est que j'ai eu beau chercher dans des livres de référence et demander à d'autres physiciens de mon entourage, une question (a priori assez banale) reste sans réponse:
Que vaut la largeur d'un photon décrit sous la forme d'un paquet d'onde émis thermiquement (filament, quasar,..)? Comment déterminer cette valeur à partir des autres paramètres que l'on connaît de la source?
Quand je parle de largeur, je parle de , ou , peu importe.


Merci d'avance pour votre aide! ..et merci d'inclure une référence, si l'un d'entre vous a une idée ^^.


PS : Vous remarquerez que la question est assez générale, en fait. En effet, on peut aussi se demander comment déterminer la largeur (et aussi la forme, d'ailleurs) d'un électron, décrit comme paquet d'onde, provenant d'une désintégration beta, par exemple.

Salut,

Je pense que ça dépend de l'origine physique de ton photon. Si il est thermique il a deux origines possibles rayonnement de corps noir dont la distribution est connue comme l'a dit guerom00 et normalement il peut aussi provenir d'une transition atomique rendue possible grace à la température élévée auquel cas la largeur sera associée à la largeur de la transition proprement dite.

[invitea774bcd7]

Ah oui, c'est vrai : il a tout simplement la largeur de la transition de laquelle il provient J'y avais pas pensé

[A voir en vidéo sur Futura]

[gatsu]

Ah oui, c'est vrai : il a tout simplement la largeur de la transition de laquelle il provient J'y avais pas pensé

Une question à la noix...est ce que les photons dus à une transition sont distingables d'un photon de corps noir (parce que j'ai dit que oui mais au final je vois pas vraiment pourquoi)...je veux dire est ce que leur fréquence d'occurence est dans la distrib du corps noir ?

[invitea774bcd7]

Je pense que ce sont deux phénomènes différents.

Quand tu regardes les densités spectrales du corps noir, les largeurs c'est grosso modo plusieurs centaines de nanomètre; ce qui est énorme et ce n'est en rien la largeur individuelle de chaque photon qui elle provient de la largeur de la transition qui elle doit être toute petite (faut faire l'application numérique avec, disons, un état qui vit quelques nanosecondes... Ca doit être l'ordre de grandeur pour une transition permise E1, ça redescend très vite ).

La largeur des densités spectrales du corps noir, ce sont, si je ne m'abuse, tous les effets Doppler dûs aux vitesses individuelles des atomes ou molécules; donc directement lié à la température

[Aragorn_54]

Tout d'abord, merci d'avoir pris le temps de me répondre .


>> En fait, ce que je désire obtenir, c'est une estimation numérique de la valeur de cette largeur. Par exemple, on peut obtenir l'étalement d'un paquet gaussien suite à sa propagation mais c'est toujours en fonction de l'étalement initial: c'est la valeur de cet étalement-là que j'aimerais estimer. (ce que guerom00 appelle la largeur individuelle de chaque photon).



Cela étant, la lumière observée est dans la gamme visible, centrée sur 500 nm, et est censée provenir majoritairement du disque d'accrétion (échauffement) du noyau actif. Pour ce qui est de la forme à prendre, à vrai dire, je ne sais pas trop, mais comme le traitement que je veux faire n'a, à ma connaissance, été fait qu'en utilisant des ondes planes, autant commencer par un cas, peut-être pas le plus réaliste, mais déjà un peu plus . Le cas du paquet d'ondes gaussien est quand même un classique.

(pour une température donnée, ça te dit combien y a de photons d'une fréquence donnée)

Oui mais quelle est l'incertitude sur la fréquence de chacun de ces photons? Quel delta nu leur donner? C'est précisément ce que je cherche .

Les photons que je dois considérer ne possèdent pas, je pense, l'entièreté du spectre du quasar (qui est extrêmement large), les photons des différentes gammes de fréquences étant produits différemment, mais je me trompe peut-être. Tout le problème est de savoir quelle largeur en fréquence/spatiale je peux leur donner.

Sinon, pour la petite histoire, ce que je veux décrire, c'est l'amplitude de la lumière provenant de l'AGN, pas uniquement la luminosité de tout le quasar; je vais m'intéresser à une séparation de paquets d'onde en fonction de leurs propriétés.

Une question à la noix...est ce que les photons dus à une transition sont distingables d'un photon de corps noir (parce que j'ai dit que oui mais au final je vois pas vraiment pourquoi)...je veux dire est ce que leur fréquence d'occurence est dans la distrib du corps noir ?

J'ai l'impression que le rayonnement de corps noir fait un peu la moyenne sur tous les processus qui se produisent dans le corps noir. Ce qui me fait penser que l'info dont j'ai besoin ne s'y trouve peut-être pas.



Selon vous, il faudrait considérer l'entièreté du spectre? Supposer que chaque photon est incroyablement étalé en fréquences?

[invitea774bcd7]

Oui mais quelle est l'incertitude sur la fréquence de chacun de ces photons? Quel delta nu leur donner? C'est précisément ce que je cherche .

Bah c'est ce qu'a dit gatsu alors. C'est la largeur de la transition électronique qui donne naissance à tes photons.
C'est quoi comme gaz ton quasar ? De l'hydrogène ? (y a pas grand chose d'autre là-haut )

Je cite M. Wikipedia : "Quasar redshifts are measured from the strong spectral lines that dominate their optical and ultraviolet spectra. These lines are brighter than the continuous spectrum, so they are called 'emission' lines. They have widths of several percent of the speed of light, and these widths are due to Doppler shifts due to the high speeds of the gas emitting the lines. Fast motions strongly indicate a large mass. Emission lines of hydrogen (mainly of the Lyman series and Balmer series), Helium, Carbon, Magnesium, Iron and Oxygen are the brightest lines. The atoms emitting these lines range from neutral to highly ionized. (I.e. many of the electrons are stripped off the ion, leaving it highly charged.) This wide range of ionization shows that the gas is highly irradiated by the quasar, not merely hot, and not by stars, which cannot produce such a wide range of ionization"

C'est compliqué...

[Aragorn_54]

Je ne sais pas quel gaz c'est (mais je peux chercher ^^), a priori, de l'hydrogène, comme tu dis (enfin, un gros gros plasma de protons et d'électrons ).

[Aragorn_54]

"Quasar redshifts are measured from the strong spectral lines that dominate their optical and ultraviolet spectra. These lines are brighter than the continuous spectrum, so they are called 'emission' lines. They have widths of several percent of the speed of light, and these widths are due to Doppler shifts due to the high speeds of the gas emitting the lines. Fast motions strongly indicate a large mass. Emission lines of hydrogen (mainly of the Lyman series and Balmer series), Helium, Carbon, Magnesium, Iron and Oxygen are the brightest lines. The atoms emitting these lines range from neutral to highly ionized. (I.e. many of the electrons are stripped off the ion, leaving it highly charged.) This wide range of ionization shows that the gas is highly irradiated by the quasar, not merely hot, and not by stars, which cannot produce such a wide range of ionization"

C'est compliqué...

Oui mais si je ne me trompe pas, les lignes en question proviennent d' autres régions du quasar (Broad & Narrow Line Regions), qui sont des genres de 'nuages' ; pas du disque d'accrétion en tant que tel.



(NB: ne faites pas attention aux flèches vertes)

[invitea774bcd7]

Bon, on va faire plein de supposition
On va dire que c'est de l'hydrogène et que c'est surtout Lyman-alpha J'ai trouvé un papier qui dit que la durée de vie du 2p est 1.596 ns; j'avais le bon ordre de grandeur

[Aragorn_54]

Donc, l'idée est de supposer que localement l'émission de la lumière (qui, au final, donne un corps noir) est dûe à des transitions électroniques?
(Ca revient un peu à demander : "qu'est ce que de la lumière émise thermiquement?" ^^)

[invitea774bcd7]

Bah je ne sais pas ce que ça vaut car c'est ultra (trop ?) simplifié. Dans ton quasar, les molécules sont surement relativistes... Faudrait évaluer l'élargissement Doppler...

[Thwarn]

Donc, l'idée est de supposer que localement l'émission de la lumière (qui, au final, donne un corps noir) est dûe à des transitions électroniques?
(Ca revient un peu à demander : "qu'est ce que de la lumière émise thermiquement?" ^^)

moi je me demande surtout ou vous trouvez des transitions electroniques dans un plasma.
ça doit dependre de la "plasmacité" de votre gaz, mais a priori j'approximerais pas un disque d'accretion par un gaz d'hydrogene 'legerement' excité. non?
Sinon, le rayonnement du corps noir est bien decrit par une matrice densité.

[Aragorn_54]

Bah je ne sais pas ce que ça vaut car c'est ultra (trop ?) simplifié. Dans ton quasar, les molécules sont surement relativistes... Faudrait évaluer l'élargissement Doppler...

Oui, sans doute, mais je vais toujours y penser. En attendant, je vais aller harceler des astrophysiciens, je crois . Merci pour la discussion ^^.

NB : et si quelqu'un d'autre a une idée, je suis toujours preneur .

[Aragorn_54]

moi je me demande surtout ou vous trouvez des transitions electroniques dans un plasma [..]

Oui, pas faux ^^; et c'est sans doute ça qui me chagrine dans ce qui précède.

Sinon, le rayonnement du corps noir est bien decrit par une matrice densité.

À savoir? Qu'est-ce qui produit le rayonnement de corps noir? Le bremmstrahlung?

[mariposa]

À savoir? Qu'est-ce qui produit le rayonnement de corps noir? Le bremmstrahlung?

Ce qui provoque le rayonnement du corps noir en général ce sont toutes les émissions radiatives de tous les états excités à la température T. Le Le bremmstrahlung étant une contribution parmi d'autres dans la cas de particules ulrarelativistes.

[mariposa]

Oui mais quelle est l'incertitude sur la fréquence de chacun de ces photons? Quel delta nu leur donner? C'est précisément ce que je cherche .

Je ne comprends pas bien le problème. En général on identifie une raie isolée par sa fréquence et sa largeur.

La fréquence d'émission permet (éventuellement) d'identifier la nature de la source (notamment dans les gaz pour les espèces atomiques et des molécules connues).

La largeur de raie (si elle est due à un processus résolu) est élargie (relativement à la largeur de l'émission spontanée) par l'effet Doppler et par les collisions (ou d'autres processus).

[Aragorn_54]

Ce qui provoque le rayonnement du corps noir en général ce sont toutes les émissions radiatives de tous les états excités à la température T. Le Le bremmstrahlung étant une contribution parmi d'autres dans la cas de particules ulrarelativistes.

Tout à fait, merci pour cette réponse (je viens, en fait, d'en discuter à l'instant). Ceci semble donc corroborer le fait que chaque photon individuel ne doit pas avoir comme largeur en fréquence la totalité du spectre du corps noir (ce qui est heureux).

Je ne comprends pas bien le problème. En général on identifie une raie isolée par sa fréquence et sa largeur.

La fréquence d'émission permet (éventuellement) d'identifier la nature de la source (notamment dans les gaz pour les espèces atomiques et des molécules connues).

La largeur de raie (si elle est due à un processus résolu) est élargie (relativement à la largeur de l'émission spontanée) par l'effet Doppler et par les collisions (ou d'autres processus).

Le problème est que la largeur d'une raie est facilement accessible dans le cas d'un processus en laboratoire (désexcitation d'un atome) mais me semble difficile à obtenir dans le cas d'une émission lumineuse comme celle provenant d'un disque d'accrétion (qui n'est, finalement, pas tout à fait un corps noir mais un ensemble de corps noirs (ensemble de disques de différentes températures)).


Le spectre d'un quasar ou d'un corps noir (je serais déjà ravi de comprendre le cas simple) donne une information sur l'intensité rayonnée en fonction de la fréquence et on a donc une indication sur la proportion de photons caractérisés par tel ou tel maximum de raie.

>> Cependant, il me semble que l'information sur la largeur de chacune des raies (qui seront élargies) est finalement noyée dans la distribution du corps noir. Or, c'est justement cette information qui m'intéresse : si je connais les propriétés du corps noir, comment puis-je remonter à la largeur de raie des photons individuels en fonction de leur fréquence?

[jmor]

Vous devriez lire l'article suivant signé par des prix NObel:

W. E. Lamb, Jr., W. P. Schleich, M. O. Scully, C. H. Townes, "Laser physics: Quantum controversy in action," Rev. Mod. Phys. vol. 71, 1999, pp. S263-S273.

Ils qualifient le photon de pseudo-particule car le photon provient de la quantification de l'énergie de "modes normaux" du champ électromagnétique. (malheureusement, la plupart des livres de QED en parlent sans les définir!)
En résumé ces modes normaux sont un ensemble de modes (définition à chercher!) qui, en théorie, n'échangent pas d'énergie avec d'autres modes: réalisation imparfaite par une bonne cavité optique.

D'où leur conclusion: proscrire le mot photon!

En tous cas, le photon n'est pas une petite particule, voici votre photon:
Il est détecté par un pixel d'un récepteur placé au foyer d'un télescope (pixel ayant la taille d'une tache de diffraction d'une étoile lointaine)

L'énergie électromagnétique du photon se trouvait dans une couche dont l'épaisseur (~30cm) correspond à la durée des impulsions formant la lumière incohérente. Transversalement, cette énergie se propageait dans un faisceau lumineux se trouvant dans le pinceau défini par le pixel et le miroir du télescope.
À grande distance, on avait donc le "photon plat" de Duffieux.

Pour plus, vous pouvez voir http://www.scirp.org/journal/PaperDo...?paperID=36278.

[mariposa]

Vous devriez lire l'article suivant signé par des prix NObel:

W. E. Lamb, Jr., W. P. Schleich, M. O. Scully, C. H. Townes, "Laser physics: Quantum controversy in action," Rev. Mod. Phys. vol. 71, 1999, pp. S263-S273.

Ils qualifient le photon de pseudo-particule car le photon provient de la quantification de l'énergie de "modes normaux" du champ électromagnétique. (malheureusement, la plupart des livres de QED en parlent sans les définir!)

Bonjour,

Bien sur que si: les modes normaux sont bien définis:

Ce sont les solutions des équations de Maxwell sans sources (avec ou sans conditions aux limites).

En espace libre ils prennent la forme exp i (k.r -w.t) avec w = c.k (j'ai négligé la polarisation)

En résumé ces modes normaux sont un ensemble de modes (définition à chercher!) qui, en théorie, n'échangent pas d'énergie avec d'autres modes: réalisation imparfaite par une bonne cavité optique

.

Les modes normaux ou non n'échangent pas d'énergie car il n y a aucune structure de couplage entre-eux (conséquence de la linéarité des équations de Maxwell)

D'où leur conclusion: proscrire le mot photon!

Il semble que tu ne saches pas le rapport entre ce qu'est le photon (en fait une excitation élémentaire du vide électromagnétique) et une onde classique (et ce n'est pas simple)

[coussin]

Autre joli déterrage

[albanxiii]

Bonjour,

Autre joli déterrage

Et toujours pour citer le même article !
Ca va finir par ressembler à un pari...

@+

[Deedee81]

Bonjour,

Je n'avais pas tilté, ni sur le déterrage, ni sur le doublon.

Je ferme donc et propose de continuer une éventuelle discussion dans l'autre fil.

Merci,