Champ électromagnétique et photon

[MCMB]

Bonjour à tous,
J'ai abordé il y a quelques années la mécanique quantique mais pas la théorie quantique des champs et tout ça est bien loin. Juste pour dire que je suis novice en la matière, alors si je dis de grosses bêtises, dites moi tout.

Voici mes questions :
Une particule chargée crée autour d'elle un champ électromagnétique.

1-Les porteurs de l'interaction électromagnétique étant les photons, je voudrais savoir si des photons sont émis par la particule pour créer ce champ?

2- Si oui, quelle énergie ont ils? Si E=hv et que la particule crée un champ ne variant pas avec le temps, leur énergie est elle nulle? Si leur énergie n'est pas nulle, la particule émettant ces photons doit recevoir de l'énergie quelque part, où, comment?

3- Si la particule n'émet pas de photons, qu'est ce que le champ électromagnétique?

4- Si 2 particules chargées sont en interaction, comment expliquer la force électromagnétique?
a- Si elles sont de même charge (positive par exemple), s'envoient elles dans la figure des photons pour ce repousser?
b- Si elles sont de charge opposée, comment expliquer qu'elles s'attirent?

Merci de vos réponses
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[phys4]

Ces questions posent le prblème des photons virtuels:
ce sont des photons non libres qui restent liés à la charge, il n'y a pas d'émission d'énergie, mais il existe une énergie du champ dans l'espace: il est une part de la masse de la particule chargée.
Deux particules en interaction proche interagissent par échange de ces photons virtuels. ils peuvent ainsi échanger de l'énergie sans qu'il existe de photons libres.

[invite2d9f8ffe]

CEs questions sont tellement logique que jespere avoire une réponse.

[MCMB]

Et moi aussi d'ailleurs.
Merci pour votre réponse phys4.
Je pense qu'il n'est pas possible de répondre vraiment à ces questions à cause du principe d'incertitude d'heisenberg (notamment à la première), mais aussi à cause du fait qu'une mesure réalisée (par exemple photo-détection) viendrait perturber le système. Cependant, une réponse un peu plus détaillée m'aiderait.
Est ce que l'invention de ces photons virtuels sert à relier la mécanique quantique et l'électromagnétisme?

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Je sais que ma réponse globale parait un peu flou.
pour préciser, les photons virtuels ne sont pas vraiment émis, ils font partie intégrante de la charge. C'est pourquoi leur énergie est incluse dans la masse de la particule.

Est ce que l'invention de ces photons virtuels sert à relier la mécanique quantique et l'électromagnétisme?

Et je réponds oui à cette question.

[MCMB]

Merci Phys4 pour vos réponse.
Je tente une dernière relance, mais j'ai l'impression que mon sujet ne passionne pas les foules.
Merci quand même.

[phys4]

Le titre n'est pas adapté pour intéresser les spécialistes en MQ.
Il aurait mieux valu lancer ces questions sous le titre "Photons virtuels"

[MCMB]

D'accord, mais comme je viens de découvrir leur existence (ou leur virtuelle existence! ) grâce à vous, je n'ai malheureusement pas pu le mettre dans le titre.
J'essaierai un nouveau post un jour, mais je vais d'abord me documenter avec ce que j'ai trouvé sur la toile et dans la littérature.
Connaitriez vous d'ailleurs un bouquin abordable sur le sujet (pas au niveau prix, mais quelque chose pour les novices)

[mariposa]

Bonjour à tous,
J'ai abordé il y a quelques années la mécanique quantique mais pas la théorie quantique des champs et tout ça est bien loin. Juste pour dire que je suis novice en la matière, alors si je dis de grosses bêtises, dites moi tout.

Voici mes questions :

Bonjour,

Une particule chargée crée autour d'elle un champ électromagnétique.

Ceci est un langage de physique classique et donc seul une particule accélérée émet du champ électromagnétique. Du point de vue quantique il y a émission de photons réels.

1-Les porteurs de l'interaction électromagnétique étant les photons, je voudrais savoir si des photons sont émis par la particule pour créer ce champ?

Là il y a confusion sur le concept interaction électromagnétique entre charges qui est representé mathématiquement par des photons virtuels et la propagation d'une onde électromagnétique representée par des photons réels.

2- Si oui, quelle énergie ont ils? Si E=hv et que la particule crée un champ ne variant pas avec le temps, leur énergie est elle nulle? Si leur énergie n'est pas nulle, la particule émettant ces photons doit recevoir de l'énergie quelque part, où, comment?

La réponse était non.

3- Si la particule n'émet pas de photons, qu'est ce que le champ électromagnétique?

Voir ci-dessus.

4- Si 2 particules chargées sont en interaction, comment expliquer la force électromagnétique?

a- Si elles sont de même charge (positive par exemple), s'envoient elles dans la figure des photons pour ce repousser?
b- Si elles sont de charge opposée, comment expliquer qu'elles s'attirent?

Implicitement la question posée relève de la QED et donc de son langage. En fait l'interaction entre charges est representée par un élément de matrice qui est un propagateur auquel on associe le nom de photon virtuel.

En fait pour commencer à comprendre il faut savoir qu'il y a 3 niveaux de Langage qu'il ne faut pas mélanger. Après identification de ces 3 niveaux on peut chercher à comprendre leurs relations.

Ces 3niveaux sont:

1- Le langage classique qui est celui des équations de Maxwell.

2- Le niveau quantique où l'interction entre charges est décrite par l'interaction de Coulomb.

3- Le niveau QED qui est modèle de TQC (Théorie quantique des champs) et qui introduit le langage des photons virtuels.

[Karibou Blanc]

Le niveau quantique où l'interction entre charges est décrite par l'interaction de Coulomb.

A ma connaissance le potentiel de Coulomb n'a pas une exclusivité quantique. Il existe en électrodynamique classique et s'obtient à partir des équations de Maxwell.

[mariposa]

A ma connaissance le potentiel de Coulomb n'a pas une exclusivité quantique. Il existe en électrodynamique classique et s'obtient à partir des équations de Maxwell.

Je n'ai pas dit le contraire. En décrivant 3 niveaux de langage j'ai voulu montrer que la "fabrication" de l'énergie de Coulomb apparaissait comme découlant de QED et du photon virtuel.

Donc en MQ classique il n'y a plus de photon virtuel, seul reste l'interaction de Coulomb et les photons réels associés au champ transverse (justement conséquence du choix de jauge de Coulomb).

Pour passer aux équations de Maxwell, l'interaction de Coulomb reste telle qu'elle mais les photons réels sont remplacés par un champ classique en formant des états cohérents de Glauber à partir des excitations de photons réels.

[MCMB]

Je suis ravi d'avoir insisté un peu sur mon post.
Merci beaucoup pour vos réponses, celà m'éclaire vraiment.
Je vais essayer d'aborder avec assiduité la Théorie quantique des champs, un domaine que je ne connais pas du tout.
Encore Merci

[invite401eaf9c]

bonjour<br>
je me demandais si les photons reagissaient aux champs magnetiques comme une sorte de diffraction<br>
par rapport a l image que nous montre la croix d einstein quii est la modification du flux de photons d un objet stelaire a<br>
par un second plus proche le resultat est une division en quatre parties distaincte autour du plus proche formant une croix<br>si c est le cas peut t on modifier un champs electromagnetique grace a un flux de photons<br>et quelles peuvent etre ces modifications

[Deedee81]

Salut,

Bienvenue sur Futura.

Attention, il aurait été préférable d'ouvrir une nouvelle discussion plutôt que d'en déterrer une vielle de trois ans.

bonjour<br>
je me demandais si les photons reagissaient aux champs magnetiques comme une sorte de diffraction<br>
par rapport a l image que nous montre la croix d einstein quii est la modification du flux de photons d un objet stelaire a<br>
par un second plus proche le resultat est une division en quatre parties distaincte autour du plus proche formant une croix<br>si c est le cas peut t on modifier un champs electromagnetique grace a un flux de photons<br>et quelles peuvent etre ces modifications

Les phénomènes du type croix d'Einstein sont dû à l'influence de la gravitation sur la propagation de la lumière (déviation des rayons lumineux par les corps massifs, lentilles gravitationnelles). Ca n'a donc rien à voir avec l'influence d'un champ magnétique sur le photon.

Les photons interagissent très faiblement entre-eux. Vraiment très faiblement. Mais ce n'est pas impossible. Deux photons qui se heurtent peuvent produire des paires électrons - positrons. C'est en fait la composante électrique qui intervient, pas la composante magnétique. Ainsi, un photon qui passe tout près d'un noyau d'atome traverse un champ électrique très intense (produit par les protons) et il peut y avoir production de paires de particules.

Même un champ électrique tout seul, très intense, peut provoquer l'apparition spontanée de paires électrons - positrons. Du moins en théorie (contrairement aux phénomènes précédentes, celui-là est hors de notre portée).

Dans un champ magnétique, tintin. Tu n'auras aucune interaction et en particulier aucune déviation d'un rayon lumineux. Peut-être au quatrième ordre de la théorie des perturbations, il faudrait vérifier. En tout cas, si effet il y a, c'est totalement impossible à observer avec les moyens actuels et même au niveau astrophysique.

[invite401eaf9c]

excusez moi
mais j avais cru comprendre que le photon n avais pas de masse
comment alors pourait t il etre perturbe par un champ gravitationnel
a moins que se soit directement le tissu spatial desforme par un objet hyper massif
qui canaliserait les flux de photons a travers des couloirs un peu comme les jet strim dans l atmosphere

[Folie-de-Kaler]

excusez moi
mais j avais cru comprendre que le photon n avais pas de masse
comment alors pourait t il etre perturbe par un champ gravitationnel

Bonjour,

Dans le language de la relativité générale, il existe ce qu'on appelle le tenseur electromagnétique, qui décrit le champs electromagnétique. Ce dernier n'étant jamais nul, il influe sur le champs gravitionnelle au travers des fameuses équation d'einstein.

Pour avoir une image, il ne faut pas oublier que le photon n'a pas de masse mais posséde une energie ! Encore une fois un retour sur la relativité montre que "l'énergie et équivalente a la masse".

[albanxiii]

Bonjour,

Dans le language de la relativité générale, il existe ce qu'on appelle le tenseur electromagnétique, qui décrit le champs electromagnétique. Ce dernier n'étant jamais nul, il influe sur le champs gravitionnelle au travers des fameuses équation d'einstein.

Je pense que vous vouliez parler du tenseur d'énergie-impulsion du champ électromagnétique ?

Bonne soirée.

[Deedee81]

Salut,

Dans le language de la relativité générale, il existe ce qu'on appelle le tenseur electromagnétique, qui décrit le champs electromagnétique. Ce dernier n'étant jamais nul, il influe sur le champs gravitionnelle au travers des fameuses équation d'einstein.

Modulo la remarque d'albanxiii (tenseur EM versus tenseur énergie-impulsion) ce que tu dis est exact. Mais tu parles ici d'une influence du champ électromagnétique sur le champ gravitationnel (au demeurant très faible même pour des rayonnements extrêmement intenses). La remarque de bensurvive était la situation inverse : influence du champ gravitationnel sur l'onde électromagnétique.

Mais j'en profite pour rebondir pour être plus précis dans mes explications

excusez moi
mais j avais cru comprendre que le photon n avais pas de masse
comment alors pourait t il etre perturbe par un champ gravitationnel
a moins que se soit directement le tissu spatial desforme par un objet hyper massif
qui canaliserait les flux de photons a travers des couloirs un peu comme les jet strim dans l atmosphere

Tu donnes effectivement la réponse à ta question. En relativité générale la gravitation est due à la déformation de l'espace-temps par les corps massifs (ou plus généralement par l'énergie-impulsion comme remarqué ci-dessus). Les corps tests (ne subissant pas d'autres influences que la gravitation) suivent les géodésiques de ces espaces courbes.

Une géodésique = l'équivalent d'une ligne droite dans un espace non courbé : à très petite échelle si tu regardes une ligne même courbe elle semblera droite. Une toute petite portion de la courbe semble quasiment droite. Intuitivement, la géodésique est obtenue en prolongeant cette mini portion de droite et essayant de rester le plus droit possible (on montre aussi qu'une géodésique est le chemin le plus court entre deux points). Par exemple, sur une sphère, les géodésiques sont les grands cercles (méridiens et équateur, par exemple).

J'ai dit plus haut "corps tests" car il faut que ce corps n'influence pas lui-même le champ gravitationnel. On se rend aisément compte que la situation peut être très compliquée (masse-énergie => courbure espace-temps, espace-temps-courbe => trajectoire des masses). Les équations sont non linéaires et très difficiles à résoudre même dans des cas apparemment simples (la rotation de deux trous noirs l'un autour de l'autre n'est pas soluble "à la main" par exemple, il faut un traitement sur ordinateur).

Un corps test est "peu massif/énergétique" et "petit". C'est typiquement le cas pour un photon dont l'énergie est négligeable par rapport à la masse d'une étoile. Par contre la taille peut devenir un problème si la longueur d'onde est grande par rapport au rayon de courbure. L'approximation de l'optique géométrique n'est plus utilisable et les calculs fort difficiles.