Masse au repos

[Lévesque]

Bonjour,

Quelqu'un pourrait m'expliquer ce qu'est la masse au repos, opérationnellement?

J'essai de m'imaginer en train de mesurer la masse d'un objet au repos par rapport à moi, et je n'y arrive pas. À tous les coups, pour mesurer la masse, je dois faire subir un changement de référentiel (prendre ou donner de l'énergie -> changer sa masse) à l'objet que j'étudie (contrairement à la mesure d'une longueur, par exemple). De façon plus général, je me demande ce que peut bien être la masse d'un objet ayant une vitesse V par rapport à moi. Puisque pour mesurer une masse, on doit forcément faire subir un changement de vitesse à l'objet... vous me suivez? (J'aimerais bien, si on dit "un objet a une masse m lorsqu'il a une vitesse v", qu'on puisse mesurer et obtenir m alors que sa vitesse est constante et égale à v tout au long du processus de mesure.)

Un objet quelconque a une énergie donnée par où est l'énergie cinétique (). Donc, un objet ayant une vitesse nulle par rapport à moi a une énergie donnée . C'est son énergie au repos.

Vu comme ça, j'ai l'impression que l'énergie au repos est une forme d'énergie potentielle, à laquelle je pourrais probablement accéder. Par exemple, si je connais la masse au repos d'un atome et la masse au repos des constituants de cet atome pris individuellement, je peux calculer l'énergie libérée lors de la fission de cet atome. Mais si je prends un électron, seul, au repos. Comment puis-je considérer la masse au repos comme une énergie potentielle? Comment puis-je accéder à cette énergie "au repos"?

Dans le cas des particules élémentaires, j'ai la vague impression qu'on ne peut accéder à cet énergie au repos. J'ai alors l'impression qu'elle est fictive, qu'elle n'a pas de signification opérationnelle. Je déteste avoir à penser comme ça et j'espère que l'on pourra m'éclairer là-dessus..


Merci pour vos contributions,

Simon
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[invitee935efd6]

salut !

Je ne m'y connais pas beaucoup, mais j'ai l'impression que tu considère que la masse varie avec la vitesse, ce qui n'est pas le cas. C'est l'inertie qui augmente avec la vitesse (mais pour de faibles vitesses, masse = inertie)

[curieuxdenature]

Bonjour Lévesque,

si cela peut t'aider à débroussailler ton problème, il faut considérer que la masse n'est ni une énergie, ni un poids.

Il y a une difference marquée entre les mesures de la masse d'un atome, masse d'un electron et masse d'une particule élementaire.

La masse au repos de atomes des élements chimiques simples est telle que tu le conçois.

Ce n'est pas le cas de l'electron qui ne s'accouple avec rien.
On peut donc determiner son équivalent energie au repos, avec une précision qui frise l'indécence !
MeC² = 510 998,918 eV, à 44 millième d'eV près...
Précision relative: 8,6 10^-8
Mais la meilleure précision est obtenue par comparaison, ainsi, le rapport Masse du proton sur masse de l'electron = 1836,152 672 61(+/-85) à 4,6 10^-10 d'incertitude relative. C'est 200 fois plus précis.

Pour mesurer la masse des autres particules, je présume que la mesure est statistique, entachée d'une incertitude et que c'est pourquoi on ne les retrouve pas dans le tableau des constantes fondamentales.(comme le Muon et le Tauon)
De plus, parler de masse des Pions ou des Kaons est assez difficile dans le sens où ils ne "vivent" que des temps très brefs, contrairement aux précédents. Arrivé aux mésons Phi, parler de masse devient carrément grotesque (t~10^-22 s.)
De toutes façons, ces particules ne sont jamais au repos, la mesure de leur énergie de masse est obligatoirement statistique et extrapolée d'après leurs vitesses.

L'energie potentielle est un terme qui ne s'emploie pas pour désigner l'énergie de la masse d'une particule, c'est réservé aux degrés rencontrés dans un champ de force et plus particulièrement au champ de gravitation.
Dans un champ électrique on parle aussi de Potentiel mais pas d'energie potentielle.
Au sein de l'atome on parle de Puit de Potentiel pour désigner la marche que doit sauter la particule qui veut entrer ou sortir.

Si cela peut te guider...

[Lévesque]

il faut considérer que la masse n'est ni une énergie [...]

Vous devriez lire ça et revenir m'en parler....

Il y a une difference marquée entre les mesures de la masse d'un atome, masse d'un electron et masse d'une particule élementaire.

Pourtant, elles ont tous les mêmes unités. Donnez moi donc quelques exemples pour illustrer votre propos et ajouter à sa pertinence.

On peut donc determiner son équivalent energie au repos, avec une précision qui frise l'indécence

Pouvez-vous me décrire un arrangement expérimental de mesure directe de la masse au repos d'une particule élémentaire?

De plus, parler de masse des Pions ou des Kaons est assez difficile dans le sens où ils ne "vivent" que des temps très brefs, contrairement aux précédents.

Peut-être devriez-vous lire ça et m'en reparler.

Désolé, je suis toujours aussi désorienté. Merci quand même de l'effort!

Mon questionnement porte en fait sur l'équation m = gamma m_0. Peut-être pourriez-vous m'expliquer ce que vous en comprenez étant donné le questionnement que j'ai énoncé dans le premier post.


Simon

[A voir en vidéo sur Futura]

[curieuxdenature]

Bonjour Lévesque,

je ne comprend pas ce qui te désoriente dans le fait que la masse à l'echelle macroscopique s'exprime en grammes ou en Kg alors que pour des raisons pratiques on exprime la masse des particules en eV/C²... c'est une question d'echelle.
En quoi est-ce un problème de ne pas pouvoir accéder à l'energie condensée sous forme de matière ?
Au zéro absolu, ou un schoulia au dessus, toutes les mesures de masses sont des réferences qu'on peut considérer comme absolues, non ?

Ce lien
http://www.uqtr.ca/~antippa/Personne...r/inertie.html
ne m'apporte pas de quoi bouleverser ma vie quotidienne dans le regard que je porte sur un Kg de patates par exemple.

Tu dis:

pour mesurer une masse, on doit forcément faire subir un changement de vitesse à l'objet... vous me suivez?

Je ne vois pas quelle manipulation peut faire varier la masse d'un objet quelconque parce qu'on la mesure ?
Si mon Kg de patates précedent ne varie que de quelques picogrammes entre le moment ou je le soulève et le moment ou je le pose sur la balance, l'incertitude relative est si faible que ça ne change rien car en le reposant, il perdra ce qu'il avait gagné.( Le seul qui aura perdu de la masse dans l'affaire, c'est moi, j'aurais fait des poids et haltères.)

On peut donc determiner son équivalent energie au repos, avec une précision qui frise l'indécence

Pouvez-vous me décrire un arrangement expérimental de mesure directe de la masse au repos d'une particule élémentaire?

Ces énergies sont le résultats de dépouillements de photos d'où on mesure les rayons cyclotrons de ces particules.
C'est un travail de longue haleine car le défrichage est statistique.
La "masse" au repos est extrapolée d'après la moyenne des mesures.
Aujourd'hui on ne travaille plus comme il y a 60 ans mais le dépouillement est toujours aussi fastidieux.
Un exemple de mesure:
http://www-dapnia.cea.fr/Phocea/Vie_...php?id_ast=261

De plus, parler de masse des Pions ou des Kaons est assez difficile dans le sens où ils ne "vivent" que des temps très brefs, contrairement aux précédents.

Peut-être devriez-vous lire ça et m'en reparler.

J'ai lu, on y parle de The Pi± mesons have a mass of 139.6 MeV/c2 and a mean life of 2.6 × 10−8 seconds.
Je peux fournir la liste détaillées de toutes les autres particules aussi, cela ne change rien à ma remarque. A notre échelle, à quoi correspond la mesure d'une masse vivant 26 nanosecondes ?
Pour moi ce n'est qu'un point de repère pratique, qui permet de faire avancer la connaissance sur ce monde virtuel là.


Le problème concernant le gamma a déjà été vu récement, il a été répondu que cela ne s'applique pas à M mais à MC² ou à MV la quantité de mouvement.

Ce que j'en pense personnellement est assez simple, ce phénomène de la matière qui est une energie mise en bouteille, je ne l'explique pas, je la constate, je la mesure, je la déduis, je la vois, c'est tout, je fais avec, de même que je fais avec mes 5 doigts à chaque main.
L'explication de l'onde stationnaire ultra haute fréquence me plait bien, mais est-ce la réalité physique ? Je ne le sais pas encore.

Pourquoi 3 particules sont necessaires pour faire tout l'univers ?
Bein, je présume que 2 c'était pas assez et que 4 c'était une de trop...
Je pense que nous manquons d'élements de réponses satisfaisant, pour le moment, c'est mon point de vue.

Au plaisir de te lire, A+

[Lévesque]

Je me rend compte que je manque de précision pour arriver à une bonne argumentation.

Dans mon premier post, j'appelle "masse" la quantité m dans l'équation et j'appelle "masse au repos" la quantité de la même équation. C'est un peu mélangeant ces masses à statuts différents.

J'adopte (pour la suite) une définition plus précise de la masse:

DÉF: la masse est la quantité d'énergie contenue dans une particule au repos.

Ma question revient donc à cela: "Qu'est-ce que la masse, opérationnellement?"

De l'équation relativiste pour l'énergie
(c = 1),

on voit bien que l'énergie est divisée en deux. D'une part, si la vitesse définie comme est nulle, on obtient que l'énergie de notre particule est entièrement massique. On a que l'énergie au repos est la masse


D'autre part, si la vitesse n'est pas nulle, on a (en plus) une énergie cinétique:
.

Je peux facilement répondre à la question "Qu'est-ce que l'énergie cinétique, opérationnellement?". L'énergie cinétique d'une particule, c'est l'énergie nécessaire pour stopper cette particule, pour l'amener dans le même référentiel que moi. Il est facile d'imaginer une expérience dont le résultat direct est l'énergie cinétique qu'avait la particule avant la mesure.

Par contre, je ne peux pas imaginer une expérience dont le résultat direct est la masse d'une particule. Comment mesurer l'énergie au repos d'une particule?


Merci pour votre intéret,


Simon

[curieuxdenature]

Bonjour Simon,
je comprend bien mieux, excuse ma lenteur d'esprit...

La méthode la moins destructive est la pesée d'une mole de l'élement dont on connait le volume et la densité, ensuite on divise par le nombre d'avogadro. Tu le sais je pense.

Jusqu'à maintenant la stricte égalité masse pesante et masse inerte n'a jamais été prise en défaut, c'est donc un moyen sûr.

Maintenant, si ta question ne concerne qu'une seule particule, moi non plus je ne vois pas quelle genre de méthode pourrait le faire...
Encore eusse t-il fallut que l'atome en question soit bien la bête que je prétend qu'elle soit. En grand nombre, avec une pureté au milliardième, passe encore.
Mais bon, si tu pouvais être plus précis sur la bébéte à cerner.

[Rincevent]

bonjour,

Par contre, je ne peux pas imaginer une expérience dont le résultat direct est la masse d'une particule. Comment mesurer l'énergie au repos d'une particule?

typiquement dans les collisionneurs de particules, on mesure E et p pour de nombreuses collisions/réactions semblables et on en déduit la masse au repos par la relation de normalisation qui relie tous ces gens-là. Mais évidemment, en pratique on n'isole jamais UNE particule. Le tout se fait de manière statistique.

une illustration de cette "méthode" est celle qui a mené à la prédiction de l'existence du neutrino. On avait des désintégrations de neutrons qui donnaient des protons et électrons d'énergies et impulsions diverses. Pour que les données soient en accord avec la conservation de l'énergie, il a été nécessaire de supposer l'existence du neutrino qui, de masse au repos quasi-nulle, emportait une énergie variable sans limite inférieure notable.

d'ailleurs, le neutrino amène à une autre façon de mesurer la masse au repos qui lui a été appliquée. En effet, on peut montrer que si la masse au repos de tous les neutrinos était rigoureusement nulle, alors il ne pourrait pas y avoir d'oscillations entre différentes saveurs de neutrinos. L'observation de ce phénomène d'oscillation et la mesure précise de la façon dont celle-ci se produit permet de mesurer plus ou moins précisément la masse du neutrino. Mais encore une fois, ceci est fait de manière statistique en utilisant de grands nombres de particules. Autre méthode sur un principe similaire : la quantification des niveaux d'énergie des neutrons dans le champ gravitationnel terrestre.

http://www.aip.org/enews/physnews/2002/split/573-1.html

Quoiqu'il en soit, la masse au repos peut être mesurée de diverses façons indirectes, mais, à ma connaissance, ne l'a jamais été pour UNE particule isolée (peut-être que dans quelques temps avec les atomes ultra-froids on pourra imaginer un truc comme ça, mais même dans ce cas ce ne sera pas pour une particule fondamentale).

[Lévesque]

Merci Rincevent.

Je suis tout à fait ignorant en théorie des particules (j'ai seulement eu un cours d'introduction, donc je suis très ignorant. En fait, vous savez comme moi que plus on en apprend, plus on découvre qu'on ne sait rien )

Par contre, je sais que certaines symmétries sont considérées, par exemple pour une transition entre un muon et un électron + un neutrino muonique. En fait, selon la terminologie, on dit qu'une rotation est possible dans l'espace d'isospin. Si les phynomène physique sont tout à fait invariants dans cette rotation, alors ont obtient une certaine probabilité pour des résultats expérimentaux liés à cette "rotation possible". Si les probabilités ne concordent pas exactement, on peut penser qu'il y a quelque chose dans la nature qui limite un peu notre liberté de "rotation" dans l'espace d'isospin.

Selon mes souvenirs, le champ de Higgs est justement une contrainte à la rotation dans l'espace d'isospin pour les particules W et Z. L'ajout du champ de Higgs aurait permis de prédire la masse de ces particules. Vous pourriez me dire comment? Est-ce justement parce que la statistique de transition (représenté par une rotation dans l'espace d'isospin) n'était pas tout à fait celle prédite par le modèle standard des particules de masses nulles (sans le Higgs), et que cette statistique observée correspondait plutôt à une transition telle que décrit en présence du mécanisme de Higgs?

Donc, (disons que j'ai bien compris) ce sont les résultats statistiques de transition entre les particules qui nous forcent à considérer un phénomène (du moins en théorie) qui limite certaines transitions, lequel donne en même temps la propriété de masse aux particules W et Z?

En ce qui a trait aux neutrinos, pourquoi à un certain moment on croyait possible qu'ils aient une masse nulle, et que par la suite, il fut réalisé qu'il fallait absolument qu'ils transportent "de la masse"? C'est exactement précisément ma question. Pourquoi à un moment donné un physicien se dit que l'énergie qui manque doit être transportée par de la masse, et non sous une autre forme. Pourquoi attacher une étiquette qui indique l'énergie contenue dans la particule lorsqu'elle est au repos? (Plus particulièrement dans le cas des neutrinos, la réponse me permettrait de comprendre pour tous les cas.)


Aussi, je me demande si on ne pourrait pas mieux comprendre l'origine de la masse à l'aide du potentiel de Yukawa. Quelqu'un voudrait s'avancer là-dessus?

Merci beaucoup!

Simon

[curieuxdenature]

Rebonjour Simon,

le modèle standard sur les particules élementaires et les forces qui vont avec a beaucoup évolué depuis toutes ces années, je ne suis pas physicien de formation, mais je me soigne, depuis plus de 35 ans, j'attend avec impatience la venue d'explications plus ou moins pertinentes sur la question, et tout ce que je vois, c'est une complexité mathématique de plus en plus importante à tel point que par moment je lache les pédales.

J'ai tout de même une bonne vue d'ensemble de la problématique, mais le problème est que justement, les théoriciens ne savent pas trop bien pourquoi il y a autant de "résonnances" avec ces valeurs de "masses" et pas telles autres.
Les théories fusent et le modèle standard se précise, ou plutot se complexifie jusqu'à plus soif. On se garde bien de faire des conjectures et des corrélations merdiques entres des événements qui ne sont pas forcément liés.

A un moment, la somme d'informations emmagasinée permet à la théorie de progresser. Il y a des intimes convictions qui sont porteuses, d'autres qui aboutissent à des impasses. Celles de la masse du neutrino n'était pas évidente car rien ne prouvait sa nature, était ce un photon spécial ou une particule massive ?
Sans certitude absolue, c'était difficile à affirmer, maintenant c'est chose faite, avec une faible marge d'erreur possible.

Si tu veux vraiment savoir pourquoi, ça va pas t'être facile, moi par exemple, j'ai toujours pensé qu'il en avait une (de masse), pourquoi ?
Un conviction basée sur une supposition que la nature ne fait apparement pas n'importe quoi, mais bon, j'avais une chance sur 2...
Aujourd'hui, je me rend compte que ma conviction n'avait pas de raison d'être, même si je ne me suis pas gourré. La nature ne fonctionne pas vraiment comme on le soupçonne fortement, c'est bien plus compliqué que ça.
Si tu penses vraiment que la réponse te permettra de comprendre dans tous les cas, tu vas au devant de désillusions.

En ce qui a trait aux neutrinos, pourquoi à un certain moment on croyait possible qu'ils aient une masse nulle, et que par la suite, il fut réalisé qu'il fallait absolument qu'ils transportent "de la masse"? C'est exactement précisément ma question. Pourquoi à un moment donné un physicien se dit que l'énergie qui manque doit être transportée par de la masse, et non sous une autre forme. Pourquoi attacher une étiquette qui indique l'énergie contenue dans la particule lorsqu'elle est au repos? (Plus particulièrement dans le cas des neutrinos, la réponse me permettrait de comprendre pour tous les cas.)

Déjà, pour le neutrino, c'est la non conservation du spin qui a fait son hypothése.
L'electron et le proton ont un spin de +-1/2, le neutron aussi, donc, en présumant que le spin est une dimension qui se conserve, il fallait bien qu'une particule de plus soit là pour apporter un spin identique, sinon le neutron aurait eu un spin de 0 ou de 1.
Ce n'était pas le cas, donc... il manquant une particule, baptisée petit neutron: neutrino, de spin 1/2 et de masse très, très petite, voire nulle. La masse de la particule est une autre dimension.


Pour les questions relatives aux masses des bosons W et Z, elle sont issues d'un autre aspect, elles devaient matérialiser les forces electro-faibles unifiées. En cherchant avec Google avec ces termes, tu auras des .pdf aussi en français. C'est pas piqué des hannetons comme sauce...

Pour faire simple, le méson Pi est la matérialisation des forces nucléaires Fortes, environ 1/7 de la masse du proton.
Le photon celle des forces Electromagnétiques.
Les bosons W+/- et Z° les vecteurs de la force Faible, fractionnaires de 128 fois la masse du proton et de la masse de Fermi.

Le boson de Higgs est théoriquement cherché aux alentours de 115 GeV (de mémoire)
Je viens juste de voir qu'il y a un dossier la dessus
http://www.futura-sciences.com/compr...ssier532-1.php

[Lévesque]

Merci pour le lien,

pour ne pas trop dévier de mon questionnement, je ne cite qu'un bout minuscule:

Notons également que la gravitation n'est toujours pas incluse dans le modèle standard. Dans le contexte général de l'origine de la masse et considérant le rôle fondamental de la notion de masse pour les phénomènes gravitationnels, ce problème théorique criant est pour le moins déplaisant.

Selon ma compréhension actuelle de la physique, on attribut la propriété de masse aux objets qui subissent les effets de la gravité. Par la relation E=mc^2, on sait bien qu'en général, l'énergie (quel qu'elle soit) subit les effets de la gravitation.¸

Alors pourquoi, dans la théorie des particules élémentaires (qui ne tient pas compte de la gravitation), inclut-on le concept de masse? Je ne comprends absolument pas ce point, ça me désole vu le nombre d'années que je consacre à la physique. Si c'était dans le but d'expliquer la gravitation, je comprendrais. Mais là, on l'inclut et le conserve dans la théorie malgré qu'elle n'explique absolument pas la gravitation.

Je pense que toutes mes questions sont reliées au fait que je ne sais absolument pas ce qu'est la masse. Pourquoi inclure le concept de masse dans une théorie qui ne tient pas compte de la gravitation? Pourquoi il y a des m partout en relativité restreinte? Qu'est ce que cela nous apporte? Pourquoi ajouter un étiquette "masse" à l'énergie des objets si on considère qu'ils ne subissent pas la gravité? Quelle est la différence entre de l'énergie "pure" et de la masse? Quand est-ce qu'on peut dire que telle énergie est de la masse, dans quels contextes généraux?

Je comprends rien....

Simon

[Gwyddon]

Salut Simon,

Je pense que la raison essentielle de la présence du concept de masse en physique des particules tient justement au fait qu'une particule possède une énergie au repos. Or si tu souhaites faire des bilans d'énergies lors des collisions, tu es dans l'obligation de tenir compte de cette énergie.

De plus, la masse intervient lorsque il s'agit de se poser la question de la distance caractéristique des interactions en jeu : le fait que l'interaction électromagnétique est perceptible sur de grandes échelles est très fortement corrélé au fait que le photon ait une masse nulle, tout comme le confinement à courte portée de l'interaction forte provient de la masse élevée des pions (dans le raisonnement de Yukawa du moins, après je ne sais pas si c'est toujours d'actualité, il faut demander à des gens compétents).

J'espère t'avoir un peu éclairé

[Karibou Blanc]

Salut,

Selon ma compréhension actuelle de la physique, on attribut la propriété de masse aux objets qui subissent les effets de la gravité. Par la relation E=mc^2, on sait bien qu'en général, l'énergie (quel qu'elle soit) subit les effets de la gravitation.

Pas exactement. Depuis longtemps on sait qu'il existe deux types de masses différentes. Celle dont tu parles est la masse grave caractérisant l'intensité de la force gravitationnelle. Mais un autre phénomène utilise le concept de masse, c'est l'inertie, où la résistance aux changements d'état de mouvement. On a depuis Newton toujours pensé que ces deux grandeurs caractéristiques d'un corps (masses grave et inertielle) étaient identique. Einstein a même élevé ca au rang de postulat qui l'a conduit à écrire le RG : le principe d'équivalence (qu'on cherche tjrs à tester pour vraiment être sûr )

Attention à la relation E=mc^2... Elle dit que la masse est une forme d'énergie et non l'inverse.

Alors pourquoi, dans la théorie des particules élémentaires (qui ne tient pas compte de la gravitation), inclut-on le concept de masse?

On parle alors de masse inertielle et non de masse grave. Les particules sont en mouvements et leur inertie s'exprime à l'aide d'une masse qui n'a pas de lien avec la gravitation : la masse inertielle.

[Karibou Blanc]

Salut,

L'ajout du champ de Higgs aurait permis de prédire la masse de ces particules. Vous pourriez me dire comment?

C'est assez technique. Mais je me lance dans un essai de vulgarisation.
Dans le modèle standard (MS), il n'a pas permis d'introduire a priori des masses pour les particules. Par à la main, je veux dire comme on le fait depuis qu'on est au lycée en écrivant F=ma. Le terme ma est introduit a priori pour rendre compte de l'expérience et de l'effet d'inertie. En théorie quantique des champs et plus précisément dans le MS on ne peut plus faire comme cela. La raison est assez technique, elle repose sur le fait que les termes de masses (équivalents à ma de la méca classique) ne respectent pas les symétries (de jauges pour les intimes) fondamentales sur lesquelles est construite le MS.
Pour remedier à cela, certains ont proposé un mécanisme (de Higgs). Il consiste à introduire un nouveau champ, dont l'interaction avec le reste de la matière respecte les symétries de la théorie. Dans ce contexte les masses sont le résultat ou l'effet de l'interaction des particules du MS avec le champ de Higgs. Plus une particule interagit fortement avec le Higgs plus elle est lourde.

Une version plus détaillée de ce mécanisme est vraiment technique, mais l'essentiel de la démarche est contenu dans les quelques lignes que j'ai écrite, où j'ai volontairement omis le vocabulaire usuel de la théorie des champs.

Je voudrais néanmoins rappelé que ce mécanisme n'a pas été (encore?) validé par l'expérience et reste une spéculation. Les physiciens ont imaginé d'autres moyens pour rendre massives les particules, mais c'est une autre histoire ...

Kb

[Karibou Blanc]

Salut,

tout comme le confinement à courte portée de l'interaction forte provient de la masse élevée des pions (dans le raisonnement de Yukawa du moins, après je ne sais pas si c'est toujours d'actualité, il faut demander à des gens compétents).

Effectivement c'est un peu dépassé. La théorie de l'interaction forte basé sur les pions date de l'époque où on souhaitait comprendre les interactions nucléaires entre les protons et les neutrons. Aujourd'hui on sait que ces particules sont composées de quarks et que ce sont eux qui subissent l'interaction forte par échange de gluons (qui d'ailleurs ont une masse nulle au niveau classique).

[BioBen]

Dans ce contexte les masses sont le résultat ou l'effet de l'interaction des particules du MS avec le champ de Higgs. Plus une particule interagit fortement avec le Higgs plus elle est lourde.

Cette nouvelle interaction sera alors aussi "élevée" au rang d'interaction fondamentale, au même titre que l'interaction forte, faible, electromagnetique et gravitationelle ou bien elle restera à part ? En clair devra-t-on dire qu'il existe 5 interactions fondamentales dans la nature et non plus 4 ?

Benjamin (en pleines vacances)

[Karibou Blanc]

Salut,

Cette nouvelle interaction sera alors aussi "élevée" au rang d'interaction fondamentale, au même titre que l'interaction forte, faible, electromagnetique et gravitationelle ou bien elle restera à part ?

C'est très différent. Dans le MS, les forces fondamentales sont représentées par un ensemble de symétries. Pour le Higgs, je parle d'une facon d'interagir en respectant ces symétries. On n'en a pas supposé de nouvelle, il ne faut donc pas y voir une nouvelle force fondamentale de la nature.

[Lévesque]

Je pense que la raison essentielle de la présence du concept de masse en physique des particules tient justement au fait qu'une particule possède une énergie au repos.

Pour définir la masse de cette façon, il faudrait que tu explicites comment on retrouve le concept de "repos" dans la nature. S'il faut définir la masse en terme de ce concept, j'exige qu'on me donne une situation physique dans laquelle un objet quelconque est exactement au repos (par rapport à n'importe quel autre objet).

Simon

[Lévesque]

Attention à la relation E=mc^2... Elle dit que la masse est une forme d'énergie et non l'inverse.

J'aimerais avoir plus de précision sur ce point. J'aimerais bien savoir comment vous différenciez "une forme d'énergie" quelconque, d'une forme d'énergie qu'on appelle "masse"?

Expérimentalement, c'est possible de trier l'énergie "massive" d'un coté, et l'énergie non-massive de l'autre?

Quand tu dis que la masse est une forme d'énergie et non l'inverse, tu parles de quelle masse? Si ce que tu dis est vrai, alors il y aurait des corps énergétiques, mais non massif? Qu'est-ce que c'est un corps "massif"? qu'est-ce qu'il fait de plus qu'un corps "seulement" énergétique? Comment on le distingue dans une expérience?

Merci, je suis encore plus perdu là...

Simon


PS.: Etes-vous d'accord avec l'énoncé "La constante de proportionnalité entre l'énergie et la masse est universelle"?

[Karibou Blanc]

Salut,

J'aimerais avoir plus de précision sur ce point. J'aimerais bien savoir comment vous différenciez "une forme d'énergie" quelconque, d'une forme d'énergie qu'on appelle "masse"?

De la même facon que je différencie l'énergie électrique, mécanique, cinétique ou encore la chaleur, d'une énergie quelconque.
Je ne saisis pas bien la question.

En fait, il faut vraiment voir l'énergie comme une monnaie d'échange. Lorsque quelque chose peut se transformer d'un état vers un autre de nature différente, plutot que de faire du troc on a rapidement inventé une monnaie d'échange, c'est l'énergie. Elle permet de donner une valeur dans une unité universelle (le joule) aux choses.

Si ce que tu dis est vrai, alors il y aurait des corps énergétiques, mais non massif?

Oui, le seul à ma connaissance est le photon. (peut etre le graviton mais même si la spéculation théorique de son existence est louable, il n'a pas encore été observé).

Quand tu dis que la masse est une forme d'énergie et non l'inverse, tu parles de quelle masse?

Toute. A quelle différence fais tu allusion ? Ce que je veux dire par la masse est une forme d'énergie, c'est qu'elle (la masse) est susceptible de se transformer en autre chose, sous une autre forme d'énergie, comme la chaleur dans une réaction de fission.

Qu'est-ce que c'est un corps "massif"? qu'est-ce qu'il fait de plus qu'un corps "seulement" énergétique? Comment on le distingue dans une expérience?

Un corps massif (avec une masse inertielle) peut voir sa vitesse (la norme du vecteur) varier sous l'action d'une force extérieur, il subit l'inertie. Un corps sans masse se déplace à la vitesse de la lumière tout le temps et en toutes circonstances.

Un corps possédant une masse grave (supposé équivalente à la masse inertielle) génère ou subit l'action d'un champ de gravitation.

Etes-vous d'accord avec l'énoncé "La constante de proportionnalité entre l'énergie et la masse est universelle"?

Oui.

[Lévesque]

Merci KB,

je réfléchie à ça quelques jours. Voici quelques suggestions de lecture pour la route:

What is the Mass of a Photon?

Does mass change with velocity?

The Dual Higgs Mechanism and the Origin of Mass in the Universe


En attendant, puisque la masse semble intimement liée à l'inertie et l'énergie au repos, voici deux suggestions de lectures (en fait, il s'agit de deux définitions différentes de la masse.). J'aimerais votre vision des choses, peut-être plus éclairée que la mienne, sur ce que disent les deux auteurs.

A. F. Antippa, Inertia of energy and the liberated photon,

Lev Okun, The concept of mass


Bonne lecture et à bientôt!

Simon

[Lévesque]

J'ai trouvé cet article très intéressant (malheureusement de 1996, une éternité en physique des particules):

Chris Bowdery, The origin of mass. [1]

L'auteur illustre comment le mécanisme de Higgs permet de donner une masse effective aux particules élémentaires. En gros (une illustration plus exacte mais plus compliquée se retrouve dans l'article), les particules du modèle standard sont des objets sans masse, se déplaçant à la vitesse de la lumière. Le mécanisme de Higgs introduit une "substance" (un genre de fluide) au travers laquelle les particules se déplaçent. Les particules qui intéragissent avec le champ de Higgs sont "ralenties" et il en résulte que leur vitesse est diminuée, ce qui cause l'apparition de la masse (effective et non intrinsèque).

Le mécanisme de Higgs est une réponse possible à la question : Pourquoi les particules ont (ou semblent avoir) une masse?

La question à laquelle je cherche une réponse dans ce fil n'est pas celle-là. Ce que je veux savoir, c'est pourquoi on souhaite une théorie où les particules ont une masse au repos? Pourquoi ne pas seulement dire qu'elles ont une énergie? Pourquoi les physiciens des particules séparent l'énergie en masse_au_repos + énergie? Qu'est-ce qui justifie cette décomposition de l'énergie en différents concept?

J'aimerais savoir s'il s'agit seulement d'une question de gout, ou bien il y a des faits que je ne connaît pas qui imposent d'associer une quantité d'énergie invariante (masse au repos) aux particules.

Bien à vous,

Simon

[1] Abstract: Current theories of particle physics suggest that the fundamental particles are all massless. It is only when they move through space that they acquire an effective mass. This implies that all of space is filled with a new substance called a Higgs field - a sort of `cosmic treacle' - and, if so, experiments at CERN might soon be able to test this idea. Simple analogies are used to explain some of the deep mysteries of mass generation.

[Lévesque]

Attention à la relation E=mc^2... Elle dit que la masse est une forme d'énergie et non l'inverse.

Etes-vous d'accord avec l'énoncé "La constante de proportionnalité entre l'énergie et la masse est universelle"?

Oui.

Salut KB,

je continue mes réflexions et mes lectures. Mais avant tout, j'aimerais que tu m'aide à comprendre ton point de vue, qui me semble contradictoire dans les deux énoncés ci-haut.

Dans un message, tu appelles "masse" l'énergie qu'a une particule lorsqu'elle est au repos. Dans l'autre, tu admets que la masse est toujours proportionnelle à l'énergie, c'est-à-dire que la masse dépend de la vitesse. Désolé de jouer sur les mots, mais pour comprendre ce que tu dis, je dois être certain de ton interprétation du mot masse...

Merci,

Simon

[Gwyddon]

Salut Levesque,

Encore une fois, tout provient de la distinction masse effective/masse intrinsèque.

Ton interrogation me confirme encore plus dans ce que je pense est un problème plus psychologique que technique : on aime bien la formule E = mv^2, c'est plus "fort' que celle avec un gamma.

Du coup, on est amené à parler de masse variant avec la vitesse, et de masse intrinsèque (ie qui ne dépend, elle, uniquement de la particule considérée).

Si on s'évite ce problème en parlant uniquement d'inertie (pour masse effective) et de masse (pour masse intrinsèque), plus de problème :

la formulation (1) de Karibou est correcte (effectivement, E=mc^2 avec m masse - ie masse intrinsèque - qui montre que la masse n'est qu'une forme d'énergie, mais non l'inverse car on voit difficilement comment, par exemple, l'énergie électrique serait une forme de masse.

De même, la formulation (2) de Karibou est correcte et non contradictoire avec la (1) puisque dans ma formulation, la masse est la masse intrinsèque, et la constante de proportionnalité - c^2 - est bien universelle.


Après, il reste le problème crucial : expliquer, à l'aide du mécanisme de Higgs, la brisure de symétrie engendrant la masse, pour toutes les particules et en particulier (je crois, Karibou corrige moi si je me trompe) les masses du W+, W- et Z°

Julien

[Lévesque]

De même, la formulation (2) [La constante de proportionnalité entre l'énergie et la masse est universelle] de Karibou est correcte et non contradictoire avec la (1) [Attention à la relation E=mc^2... Elle dit que la masse est une forme d'énergie et non l'inverse] puisque dans ma formulation, la masse est la masse intrinsèque, et la constante de proportionnalité - c^2 - est bien universelle.

Attention. La constante de proportionnalité c peut-être universelle ou pas, cela ne me dérange guère. Ce que l'énoncé dit, c'est que la constante de proportionnalité est universelle entre la masse et l'énergie. En gros, cela revient à dire que les mots masse et énergie désignent en fait la même chose.

Si on écrit E=mc^2 dans le sens où m est la masse intrinsèque (voir Okun, Physics Today, juin 1989), alors la constante de proportionnalité entre la masse et l'énergie n'est pas universelle. (On ne peut pas dire que l'énergie E d'un photon correspond à une masse m.)

Si on écrit E=mc^2 dans le sens où m est l'inertie, alors la conclusion à tirer est que la constante de proportionnalité entre la masse (dans le sens d'inertie) et l'énergie est universelle (voir A.F. Antippa, Inertia of Energy and the Liberated Photon, American Journal of Physics, vol. 44, no. 9, pp.841-844 (1976).)

D'ailleur, l'énoncé "La constante de proportionnalité entre l'énergie et la masse est universelle" est un extrait de la conclusion d'Antippa, qui dérive E=mc^2 où m est l'inertie (et non la masse intrinsèque).

Je ne souhaitais pas vraiment un débat. Je voulais seulement être bien certain de votre utilisation du mot masse.

Merci pour vos réponses.

[Gwyddon]

Je te remercie aussi d'avoir lancé ce fil, j'y ai appris tout plein de choses (et j'en profite pour te dire un grand bravo pour toutes ces références que tu donnes dans la plupart de tes posts )