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Création de paire e-/e+



  1. #1
    lft123

    Création de paire e-/e+


    ------

    Bonsoir,

    J'ai lu que par interaction avec le champ coulombien d'un atome, un photon gamma pouvait donner "naissance" à une paire électron-positron...
    Je sais qu'il y a un certain temps que l'équivalence masse-énergie a été démontrée, néanmoins, je souhaiterais savoir qu'elle est l'explication de ce "phénomène" (en gros "création" de matière à partir d'un photon) ?

    Merci pour vos explications.

    -----

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  3. #2
    Pyrrhon d'Élis

    Re : Création de paire e-/e+

    Citation Envoyé par lft123 Voir le message
    Bonsoir,

    J'ai lu que par interaction avec le champ coulombien d'un atome, un photon gamma pouvait donner "naissance" à une paire électron-positron...
    Salut!

    Pas besoin d'atome pour cela

    Citation Envoyé par lft123 Voir le message
    Je sais qu'il y a un certain temps que l'équivalence masse-énergie a été démontrée, néanmoins, je souhaiterais savoir qu'elle est l'explication de ce "phénomène" (en gros "création" de matière à partir d'un photon) ?
    Cela dépend ce que tu appelle une explication .

    Pour moi, une explication sert à faire comprendre quelque chose à partir de ce que l'on connait. Or, mis à part peut-être de te dire que la transformation d'une énergie électromagnétique (représentée par les photons) en une énergie "électroniques" est possible (je ne sais pas si on peut appelé ça une explication), je serai obligé de me référer à une théorie qui s'appelle "électrodynamique quantique" pour te donner "une explication" un tant soit peu plus précises. Et encore, on ne pourrait même pas à proprement parler "d'explication", car le phénomène à expliquer est un processus fondamental qui ne peut pas pour l'instant s'expliquer par des processus plus fondamentaux que lui.. Personnellement, je conseil à tout ceux que le sujet intéresse mais qui n'ont pas forcement de connaissances en mécanique quantique, de lire le livre de Feynman "lumière et matière, une étrange histoire".

    A +

  4. #3
    lft123

    Re : Création de paire e-/e+

    Il va falloir que je me procure ce livre...
    Dans l'attente, est ce que ce phénomène expliqué par l'EDQ serait facilement "vulgarisable" ?...
    En résumé j'ai lu des documents sur la mesure de la radioactivité, y sont expliqué l'effet photoélectrique et l'effet Compton (explications que j'ai à peu près comprises), mais sur la création de paire ça s'est posé là sans plus de "détails" et c'est (en tout cas pour moi) "troublant"....

    Merci

  5. #4
    Rincevent

    Re : Création de paire e-/e+

    salut,

    Citation Envoyé par Pyrrhon d'Élis Voir le message
    Pas besoin d'atome pour cela
    certes, mais il faut néanmoins un champ avec lequel puisse interagir le photon incident... un photon seul ne peut pas donner une paire e-/e+ sans violer la conservation de l'énergie ou celle de l'impulsion
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Deedee81
    Modérateur

    Re : Création de paire e-/e+

    Salut,

    Citation Envoyé par Rincevent Voir le message
    certes, mais il faut néanmoins un champ avec lequel puisse interagir le photon incident... un photon seul ne peut pas donner une paire e-/e+ sans violer la conservation de l'énergie ou celle de l'impulsion
    Mais deux photons ? Vu la symétrie T, c'est possible en principe, non ?

    Dans le livre Quantum Field Theory de Itzykson et Zuber ils traitent le cas de la production spontanée de paires dans un champ électrique (bien que le phénomène soit trop faible pour avoir jamais été détecté).
    Keep it simple stupid

  8. #6
    skeptikos

    Re : Création de paire e-/e+

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Salut,
    Mais deux photons ? Vu la symétrie T, c'est possible en principe, non ?
    Bonjour,
    J'ai toujours été sceptique vis à vis de cette possibilité qui à mon avis reste très théorique. Il ne faut pas oublier l'aspect ondulatoire des photons, et que les ondes interfèrent. Ou encore que le photon est un boson et que deux bosons peuvent se trouver au même endroit.
    @+

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  10. #7
    Rincevent

    Re : Création de paire e-/e+

    salut,

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Mais deux photons ? Vu la symétrie T, c'est possible en principe, non ?
    bah oui, mais telle qu'elle est formulée initialement la question parle d'un seul photon incident... et dans ce cas le photon doit interagir avec quelque chose pour pouvoir donner une paire.... et donc l'atome est nécessaire (en tant que source de champ EM).

    Dans le livre Quantum Field Theory de Itzykson et Zuber ils traitent le cas de la production spontanée de paires dans un champ électrique (bien que le phénomène soit trop faible pour avoir jamais été détecté).
    dans ce cas pas de pb de conservation effectivement...

    J'ai toujours été sceptique vis à vis de cette possibilité qui à mon avis reste très théorique.
    ce point me semble le plus important dans ton intervention... car pour rappel toute particule a un comportement ondulatoire donc avec ton raisonnement on ne peut pas faire de collision de particules... la création de paires à partir de photons de haute énergie n'a rien d'impossible, on en a plein de trace indirecte en astrophysique... quant à la création à partir d'un photon qui interagit avec un champ, c'est observé même sur Terre
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  11. #8
    Deedee81
    Modérateur

    Re : Création de paire e-/e+

    Citation Envoyé par Rincevent Voir le message
    bah oui, mais telle qu'elle est formulée initialement la question parle d'un seul photon incident...
    Ah ! En effet, ça ne m'avait pas frappé.

    Citation Envoyé par Rincevent Voir le message
    la création de paires à partir de photons de haute énergie n'a rien d'impossible
    Il y a aussi la simple diffusion photon - photon, observée en labo, et qui n'a évidemment rien à voir avec un simple phénomène d'interférence des ondes.

    Skeptikos,

    Attention à l'analogie "particules quantiques = ondes". Si elle certainement plus juste que "particules quantiques = corpuscules", il n'en reste pas moins que ce ne sont pas des ondes classiques. Feynman est très clair sur ce point dans son cours. Il dit bien que pour une particule seule, isolée, on a bien une description totalement ondulatoire. Mais dès que l'on a deux particules, ce n'est plus vrai. On a alors UNE fonction d'onde dépendants de SIX coordonnées (et non pas la somme de deux ondes dépendant chacune de trois coordonnées). Ca, et les aspects interactions/mesures/probabilités font des particules quantiques des objets bien particuliers qui ne sont ni des corpuscules ni des ondes mais en manifestent juste certains aspects.
    Keep it simple stupid

  12. #9
    lft123

    Re : Création de paire e-/e+

    Sauriez-vous si les explications fournies par le biais de l'EDQ sont facilement "vulgarisable" ?...

    Dois-je me contenter d'un "c'est comme ça et c'est tout" ?

  13. #10
    mariposa

    Re : Création de paire e-/e+

    Bonjour,


    Il y a une méthode systématique pour résoudre une telle question: Il faut respecter les symétries générales qui donnent lieu à des symétries:

    Il faut respecter:

    1- Le principe de conservation de l'énergie.

    2- Le principe de conservation de l'impulsion.

    3- Le principe de conservation du moment cinétique.

    4- Le principe de conservation de la charge.


    Est-ce qu'un photon peut créer une paire électron-positron?

    A- Conservation de l'énergie?

    Du point de vue l'énergie il faut:

    h.w = 2.m.c2

    Ce qui implique que l'impulsion du photon vaut k = w/c

    B- Conservation de l'impulsion?

    Du point de vue de l'impulsion il suffit de se placer dans le repère du centre de masse du système électron-positrons. Dans ce repère l'impulsion dans l'état final vaut zéro et donc l'impulsion du photon initial vaut zéro ce qui est contradictoire avec l'impulsion déduite de la conservation de l'énergie. Conséquence la transition:

    1 photon donne une paire est interdite.

    Il faut un corps supplémentaire pour absorber l'excès d'impulsion soit:

    h.w + Corps (k°) = Electron+ positron + Corps (k° -w/c)


    Remarque 1: Conservation de la charge?

    Ce corps supplémentaire doit conserver sa charge électrique.

    remarque 2: Conservation du moment cinétique?

    Le moment cinétique dans l'état initial est 1 et donc on doit retrouver ce moment cinétique dans l'état final soit sur la paire électrons-positrons soit sur le corps supplémentaire.

    Remarque 3:


    Toutes ces considérations sont des considérations de physique classique (non quantiques) et reflètent les grandes propriétés d'invariance de l'espace codées dèjà dans la physique galiléenne, ce qui donne l'illusion que l'on affaire a des particules dans le monde quantique et il n'en est pourtant rien.


    Le problème quantique.


    Si ces conditions classiques sont respectées il faut résoudre un problème supplémentaire qui est purement quantique. En effet la probabilité de transition du phénomène dépend de l'élément de matrice:

    <Final|Opérateur de transition|Initial>

    |Initial> =|Photon + Corps-I>

    |Final > = |Electron+ positron + corps-F>


    Il faut vérifier si l'opérateur de transition n'est pas nul pour ces états (il s'agit d'un calcul de perturbation au 1ier ordre).

    Dans le cas où cette élément de matrice est nul il faut faire un calcul de perturbation au second ordre etc....

  14. #11
    skeptikos

    Re : Création de paire e-/e+

    Citation Envoyé par Rincevent Voir le message
    salut,
    la création de paires à partir de photons de haute énergie n'a rien d'impossible, on en a plein de trace indirecte en astrophysique... quant à la création à partir d'un photon qui interagit avec un champ, c'est observé même sur Terre
    Merci pour ton intervention.
    J'admets tout à fait la création d'une paire électron positron à partir d'un photon gamma en interaction avec autre chose et la désintégration de cette même paire (et du positronium) en deux ou trois photons gamma. Mais pour la création de cette paire à partir de deux photons gamma, j'admets qu'elle est possible mais tellement improbable qu'elle reste théorique. Tout comme la réaction inverse de la décomposition du pion zéro en deux photons gamma.
    Et en astrophysique rien ne prouve que ce sont bien l'interaction de deux photons qui ont créé cette paire. Pour ma part je verrais bien:
    1 photon gamma + matière noire --> électron + positron.
    Mais bien sur ceci n'est qu'une hypothèse.
    @+

  15. #12
    Mixoo

    Re : Création de paire e-/e+

    1 photon gamma + matière noire --> électron + positron
    Me semble bien plus théorique que la proposition précédente puisque l'on ne sait toujours pas ce qu'est cette matière noire ...

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  17. #13
    skeptikos

    Re : Création de paire e-/e+

    Citation Envoyé par Mixoo Voir le message
    1 photon gamma + matière noire --> électron + positron
    Me semble bien plus théorique que la proposition précédente puisque l'on ne sait toujours pas ce qu'est cette matière noire ...
    On sait pourtant qu'elle a une masse grave donc que c'est de la matière et à ce titre cela suffit.
    @+

  18. #14
    mariposa

    Re : Création de paire e-/e+

    Citation Envoyé par lft123 Voir le message
    Sauriez-vous si les explications fournies par le biais de l'EDQ sont facilement "vulgarisable" ?...
    Bonjour,


    Le problème que tu poses n'a (presque) rien à voir avec La QED. Il s'agit de physique classique.

    La question importante porte sur la conservation de l'énergie. L'énergie prend différente formes (c'est l'aspect qualitatif) tout en se conservant quantitativement.

    Einstein a découvert que la masse inertielle était une nouvelle forme d'énergie et vaut: E = m.c2

    Une fois admis ce fait le problème que tu as posé relève de la mécanique classique des collisions de particules et il n'y a aucune trace de QED.


    Dois-je me contenter d'un "c'est comme ça et c'est tout" ?
    Tout s'explique rationnellement et tout le monde peut comprendre. c'est seulement une question de temps et de méthodes.

    la QED c'est:

    1- la quantification des équations de Maxwell (implique les photons).

    2- La quantification du champ de Dirac (implique électrons et positrons).

    3- Le couplage entre les 2 champs.


    Donc pour comprendre les idées générales de la QED il faut:

    1-Connaissances de mécanique classique

    2- Des connaissances d'électromagnétisme.

    3- La MQ de base

  19. #15
    Rincevent

    Re : Création de paire e-/e+

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Il y a aussi la simple diffusion photon - photon, observée en labo,
    as-tu une référence ? parce qu'à ma connaissance cela n'a pas été observé en labo... si on reste à basse énergie c'est une interaction à 4 vertex donc hautement improbable

    et à haute énergie, ça fait intervenir de l'interaction faible mais dans ce contexte je ne crois pas qu'on ait déjà utilisé de photons comme particules incidentes...

    Citation Envoyé par skeptikos Voir le message
    j'admets qu'elle est possible mais tellement improbable qu'elle reste théorique. Tout comme la réaction inverse de la décomposition du pion zéro en deux photons gamma.
    euh... la désintégration du pion neutre est quelque chose de bien connu...

    Citation Envoyé par Mixoo Voir le message
    1 photon gamma + matière noire --> électron + positron
    Me semble bien plus théorique que la proposition précédente puisque l'on ne sait toujours pas ce qu'est cette matière noire ...
    ni même si elle existe vraiment
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  20. #16
    lft123

    Re : Création de paire e-/e+

    Merci beaucoup pour vos explications !
    C'est beaucoup plus clair pour moi maintenant

  21. #17
    Deedee81
    Modérateur

    Re : Création de paire e-/e+

    Citation Envoyé par Rincevent Voir le message
    as-tu une référence ? parce qu'à ma connaissance cela n'a pas été observé en labo... si on reste à basse énergie c'est une interaction à 4 vertex donc hautement improbable
    Oui, la section efficace est infime.

    Je pensais aussi que c'était trop faible pour être mesuré mais on m'avait donné une référence sur une telle mesure il y a quelques années.

    Je n'avais malheureusement pas noté la référence.

    Par contre, j'en ai retrouvé une (je ne sais plus si c'était celle là) :
    http://www.sciencedirect.com/science...f7bd25c2e50279

    A vérifier si c'est bien de cela qu'il s'agit. Pas sur.
    Keep it simple stupid

  22. #18
    skeptikos

    Re : Création de paire e-/e+

    Citation Envoyé par Rincevent Voir le message
    euh... la désintégration du pion neutre est quelque chose de bien connu...
    Je parle de la réaction inverse, c'est à dire:
    2 photons gamma --> pion zéro.
    Pour moi toute aussi improbable que la réaction :
    2 photons gamma --> électron + positron.
    @+

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  24. #19
    Rincevent

    Re : Création de paire e-/e+

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Par contre, j'en ai retrouvé une (je ne sais plus si c'était celle là)
    ça c'est de la physique des particules [donc le "small" dans le titre est relatif ] et ça repose sur des collisions e-/e+. Les réactions photons-photons y sont alors observées indirectement et pas avec des faisceaux incidents de photons

    Citation Envoyé par skeptikos Voir le message
    Je parle de la réaction inverse, c'est à dire:
    2 photons gamma --> pion zéro.
    ah, ok

    Pour moi toute aussi improbable que la réaction :
    2 photons gamma --> électron + positron.
    improbable, mais observée indirectement dans diverses réactions en collisionneur, par exemple dans des trucs semblables à ce dont parle la réf donnée par Deedee juste au-dessus

    la plupart des particules ou processus de haute énergie sont observés indirectement, mais cela n'empêche pas de les mesurer en détail et de mettre de fortes contraintes sur leur physique...
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  25. #20
    Deedee81
    Modérateur

    Re : Création de paire e-/e+

    Salut,

    Citation Envoyé par Rincevent Voir le message
    ça c'est de la physique des particules [donc le "small" dans le titre est relatif ] et ça repose sur des collisions e-/e+. Les réactions photons-photons y sont alors observées indirectement et pas avec des faisceaux incidents de photons
    Oui, désolé alors, je ne retrouve plus la référence qu'on m'avait indiqué il y a déjà un bout de temps.
    Keep it simple stupid

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