"durée" d'émission d'un seul photon

[invite9277229d]

Bonjour,
Une question que je me permets de soumettre au forum :
Un photon peut à la fois être considéré comme un corpuscule ou comme une onde.
On définit l'énergie d'un rayonnement en utilisant la formule E=hv où v correspond à la fréquence.
Seulement, cette énergie ne peut pas être transférée instantanément, de même il serait absurde de parler d'une fréquence sur une émission ponctuelle.
L'émission d'un photon et par la même l'énergie produit doit donc correspondre à un temps d'émission, dont je n'ai jamais entendu parler.

Alors, un photon correspond-il à la durée d'émission d'une période de l'onde EM ? D'un multiple ou d'un sous-multiple ?

Ou bien cela n'a pas de sens, mais alors, comment distinguer la réception d'un photon (par l'oeil ou un caméra CCD) de la réception de 2 photons ? Par l'énergie reçue ? Mais celle-ci ne peut être reçue en un temps nul, sauf si la notion de puissance n'a pas cours à cette échelle.

Par avance, merci.
-----

[invitea774bcd7]

Pour toutes applications, c'est instantané.
Tu envoies tout un tas de photons sur quelque chose. Le fait que le photon soit absorbé ou pas par l'objet dépend d'un grand nombre de chose. Par contre, une fois absorbé, le photon donne son énergie instantanément.

Je nuance ce que je dis pour la vision ondulatoire puisque c'est avec des pulses ultra courts (plus courts qu'une période du champ EM) qu'on fait des superpositions cohérentes d'états… On a pas le temps de transporter toute la population d'un état à l'autre…

[Les Terres Bleues]

Je nuance ce que je dis pour la vision ondulatoire puisque c'est avec des pulses ultra courts (plus courts qu'une période du champ EM) qu'on fait des superpositions cohérentes d'états… On a pas le temps de transporter toute la population d'un état à l'autre…

Est-on expérimentalement certain que l'on doive parler d'une période ou serait-il plutôt envisageable de concevoir cette "durée" comme étant celle d'une demi-période ?

Cordiales salutations.

[invitea774bcd7]

Je ne comprends pas ce que tu veux dire…
Expérimentalement, on a un pulse d'une certaine fréquence (qui nous donne une période) et on sait maintenant faire des pulses dont la durée est plus courte que cette période.
Tu connais sûrement cette image des pulses lasers où tu as des dizaines voire des centaines d'oscillations du champ EM dans une enveloppe Gaussienne. Eh bah tu réduit la durée de ton pulse tel que t'as même pas une oscillation complète. On appelle ça des pulses .

[A voir en vidéo sur Futura]

[f6bes]

il serait absurde de parler d'une fréquence sur une émission ponctuelle.
L'émission d'un photon et par la même l'énergie produit doit donc correspondre à un temps d'émission, dont je n'ai jamais entendu parler.

Alors, un photon correspond-il à la durée d'émission d'une période de l'onde EM ? D'un multiple ou d'un sous-multiple ?

Bjr à toi,
Et pourquoi donc une "émission ponctuelle" ne correspondrait pas a une fréqunce ?
La fréquence est liée à la PERIODE .
Donc meme avec UNE seule PERIODE on en déduit une fréquence!
Ou est la géne ?
La "durée" d'un photon ne dépend QUE du temps. Pas de sa fréquence.
A+

[curieuxdenature]

L'émission d'un photon et par la même l'énergie produit doit donc correspondre à un temps d'émission, dont je n'ai jamais entendu parler.

Bonjour

à ce niveau tu dois faire la distinction entre l'énergie et la puissance.
Le photon a une énergie qui est concentrée dans la période qui est l'inverse de sa fréquence. Au lieu de E=h*v tu peux aussi utiliser E = h * c / Lambda
Lambda est la longueur d'onde associée au photon qui t'intéresse. Pour un photon "rouge" on a environ 0.8 µm, ce temps d'émission est celui qu'il faut à la lumière pour parcourir cette petite distance.

La puissance peut prendre deux aspects, c'est soit une suite n de photons uniques lancés à la queue leu leu, soit une cohue de ces mêmes photons issues d'une grande quantité d'atomes pendant un temps t. dans ce cas P = n * E * t

[invite9277229d]

Merci de vos réponses !
@guerom00 : Ok, il me semblait bien que la notion de puissance devait être nuancée à cette échelle.
Mais je reviens sur cette phrase :

Je nuance ce que je dis pour la vision ondulatoire puisque c'est avec des pulses ultra courts (plus courts qu'une période du champ EM) qu'on fait des superpositions cohérentes d'états

Mekesskessé des superpositions cohérentes d'états ?
Est-ce relatif au refroidissement des atomes pour obtenir des condensats de Bose-Einstein ?
Dans ces expériences, on peut considérer qu'un photon est envoyé alors même que l'onde EM n'a pas eu le temps de réaliser une période ?

@curieux de nature : j'utilise à dessein la fréquence et non la longueur d'onde qui dépend du milieu que traverse la lumière.

@f6bes

La fréquence est liée à la PERIODE .
Donc meme avec UNE seule PERIODE on en déduit une fréquence!

C'est ce que je cherche à confirmer : 1 proton = 1 période, seulement, ce qu'écrit guerom00 semble le contredire.

Donc soit je prends guerom00 au pied de la lettre et il n'est pas nécessaire d'attendre une période, et alors, à ce moment la question serait : quel quantième de période est-il nécessaire d'attendre ; soit j'interprète ce qu'écrit guerom00 et j'en déduis que les impulsions ultrabrèves sont une succession d'émissions de périodes entières, où un photon commence à être envoyé avant que l'émission du photon qui le précède soit terminée ?

[invitea774bcd7]

Comme d'habitude avec ce genre de choses, on ne peut pas mélanger les notions corpusculaires et ondulatoires.
1 photon, ce n'est pas une onde.
Une onde, ce sont des milliards de photons.
Y a une notion de statistique entre les deux concepts.

Dans la première partie de mon message, je parle de photons uniques. Ce n'est qu'une expérience de pensée.
Dans la deuxième partie, je parle d'onde plus de photons. Une grandeur caractéristique d'une onde est sa période. Une onde, c'est un truc qui oscille. Pour voir que ça oscille, faut une succession de plusieurs périodes. Faire un pulse lumineux plus court qu'une période et y a rien qui oscille vraiment; ça a pas le temps.

Pour répondre strictement au titre de ce sujet, la durée d'émission d'un seul photon est nulle. C'est immédiat. J'aurais pas dû parler de pulses ultra courts, ça a embrouillé plutôt qu'autre chose

[curieuxdenature]

@curieux de nature : j'utilise à dessein la fréquence et non la longueur d'onde qui dépend du milieu que traverse la lumière.

@f6bes

C'est ce que je cherche à confirmer : 1 proton = 1 période

Re

fréquence ou lambda, ça ne change pas grand chose avec le photon on sous-entend que c'est dans le vide, ça donne une bonne idée de la briéveté du processus en utilisant Lambda.

Pour un seul photon oui, c'est lié à une seule période.
On imagine mieux le photon unique en parlant d'une transition électronique quelconque d'un seul atome.

[Chip]

Eh bah tu réduit la durée de ton pulse tel que t'as même pas une oscillation complète. On appelle ça des pulses .

Tu es sûr de l'emploi de ce terme? Est-ce que tu aurais une référence sérieuse pour cette dénomination? Parce que pulse pi/2 ça a (au moins) une autre signification...

Comme d'habitude avec ce genre de choses, on ne peut pas mélanger les notions corpusculaires et ondulatoires.
1 photon, ce n'est pas une onde.

Bof, un photon unique peut tout à fait montrer un aspect ondulatoire en plus de l'aspect "corpusculaire" (je pensais que tu étais au courant guerom00). Sujet abordé à de tellement nombreuses reprises sur le forum que ça en devient lassant.

[invitea774bcd7]

Tu es sûr de l'emploi de ce terme?

Carrément pas, corrige-moi
Comment ça s'appelle les pulses ultracourts où y a même pas une période du champ dedans ?

Pour la deuxième partie de ton message, y a un papier d'Aspect et Grangier qui discute de la dualité onde-corpuscule pour un photon unique (J. OPtics (Paris), vol. 20, No 3, pp. 119–129)

[Chip]

Carrément pas, corrige-moi
Comment ça s'appelle les pulses ultracourts où y a même pas une période du champ dedans ?

Je ne connais pas de nom spécial mais je ne suis pas de ce domaine. On voit souvent "ultra short laser pulse", parfois "pi-shaped pulse". Je me demande si tu ne confonds pas avec le terme "pulse pi/2" utilisé en physique atomique pour désigner un pulse qui en partant d'un état atomique (ou moléculaire) donné produit un mélange cohérent de deux états à 50/50 (pi/2 correspond à l'angle du spin fictif sur la sphère de Bloch). Rien à voir avec le fait que le pulse utilisé soit bref ou pas.

Pour la deuxième partie de ton message, y a un papier d'Aspect et Grangier qui discute de la dualité onde-corpuscule pour un photon unique (J. OPtics (Paris), vol. 20, No 3, pp. 119–129)

Je connais, c'est un grand classique, et ce n'est absolument pas en contradiction avec ce que je dis, au contraire : ils montrent qu'un photon unique peut très bien montrer un comportement ondulatoire (tant qu'on n'essaie pas de le localiser sur un chemin précis). Le côté "corpusculaire" que j'évoquais ne fait pas, dans ce cas, référence à une localisation du photon sur tel ou tel chemin, mais au fait qu'il s'agit d'un photon unique.

[Chip]

Le côté "corpusculaire" que j'évoquais ne fait pas, dans ce cas, référence à une localisation du photon sur tel ou tel chemin, mais au fait qu'il s'agit d'un photon unique.

Pour qu'il n'y ait pas de malentendu : la "dualité onde-corpuscule" à laquelle il est fait référence dans l'article concerne, elle, la localisation sur tel ou tel chemin. Mais le fait qu'on produise un état à un photon est en soi un aspect "corpusculaire", bien évidemment, même si les termes "corpuscule" ou "onde" ne s'appliquent qu'imparfaitement aux objects quantiques (rien de nouveau...).

[invitea774bcd7]

Pour moi, le comportement ondulatoire émerge de la statistique d'une multitude d'événements à photon unique…
Si je fais les fentes d'Young avec un photon unique, ça me donne un « point » sur l'écran. Y a eu un comportement ondulatoire mais il est encore caché (difficile de parler de franges d'interférences avec un seul point sur l'écran ) Par contre, répéter cette expérience une multitude de fois et la figure se révèle progressivement sur l'écran.
Un autre exemple qui me vient est le shot noise quand on réduit suffisamment l'intensité d'un laser. Ça se comprend intuitivement en terme corpusculaire, je ne sais pas si une description ondulatoire existe

[Chip]

Pour moi, le comportement ondulatoire émerge de la statistique d'une multitude d'événements à photon unique…
Si je fais les fentes d'Young avec un photon unique, ça me donne un « point » sur l'écran. Y a eu un comportement ondulatoire mais il est encore caché (difficile de parler de franges d'interférences avec un seul point sur l'écran ) Par contre, répéter cette expérience une multitude de fois et la figure se révèle progressivement sur l'écran.

Ce n'est qu'un cas particulier lié à la configuration expérimentale, ce point n'a rien de fondamental. On peut mettre en évidence le caractère ondulatoire d'un photon unique en une seule détection en utilisant par exemple un réseau blazé, ou une cavité optique (Fabry-Perot). Ces deux types de détection te donnent la fréquence (ou longueur d'onde) du photon, ce qui est évidemment une propriété ondulatoire.

[Chip]

Un autre exemple qui me vient est le shot noise quand on réduit suffisamment l'intensité d'un laser. Ça se comprend intuitivement en terme corpusculaire, je ne sais pas si une description ondulatoire existe

Bien sûr, il n'y a aucun problème à décrire le shot noise avec un modèle ondulatoire du rayonnement, tant qu'on ne s'intéresse qu'à des états classiques du rayonnement (rayonnement thermique, rayonnement laser loin du seuil...).

[curieuxdenature]

Pour moi, le comportement ondulatoire émerge de la statistique d'une multitude d'événements à photon unique…

Bonsoir

et le fait qu'il y ait des interferences démontre que le photon est bien une onde avant d'entrer en collision avec les grains de gélatino-bromure d'argent de la photo.
Quand il est 'détecté' il est réduit en un seul point par une seule molécule, c'est le constat photo.