Des questions sur le photon

[adhalam]

Bonjour,
voila pendant les vacances j'ai regardé plusieurs documentaires sur la physique du 20 ème siècle, et j'ai quelques points sur lesquels j'aurais besoins d'avoir plus d'éclaircissement

1/ j'ai entendu dire qu'il se pourrait que la masse du photon ne soit pas exactement égale à zéro et il est probable (quoi que c'est une très faible probabilité) que le photon ait une masse, et cela impliquerai que la vitesse de la lumière ne serait plus la vitesse limite... j'ai pas bien compris ce point

2/ est ce que le photon a des dimensions? je sais qu'en mécanique quantique la notion de particule est imaginaire la particule peut exister en plusieurs endroits mais est ce qu'on peut assimiler un photo à un électron par exemple ?

3/dans un flux de lumière est ce qu'on peut mesurer le débit des photons , peut-on créer une unité de mesure de l'intensité de la lumière par le nombre de photos émis /sec ?

4/si on imagine un monde émergé dans l'eau, la vitesse de la lumière ne serait plus = C est ce qu'on peut dans ce monde remonter le temps?

5/ Le photon a t il une durée de vie où est t il éternel?


Merci beaucoup
-----

[Seirios]

Bonjour,

1/ j'ai entendu dire qu'il se pourrait que la masse du photon ne soit pas exactement égale à zéro et il est probable (quoi que c'est une très faible probabilité) que le photon ait une masse, et cela impliquerai que la vitesse de la lumière ne serait plus la vitesse limite... j'ai pas bien compris ce point

Il est en effet possible que le photon ait une masse très faible, l'expérience ne l'exclut pas. Mais la vitesse limite c (constante de la relativité restreinte) ne changerait pas, le photon irait simplement moins vite que c.

4/si on imagine un monde émergé dans l'eau, la vitesse de la lumière ne serait plus = C est ce qu'on peut dans ce monde remonter le temps?

Dans l'eau, les photons vont toujours à c ; c'est le faisceau de photons qui est ralenti (à cause du temps d'absorption-réémission des photons).

5/ Le photon a t il une durée de vie où est t il éternel?

En ne regardant que le photon, je dirais que oui, rien n'empêche les photons d'avoir une durée de vie illimitée (en tout cas à ma connaissance), mais en pratique, il est possible qu'un photon se désintègre spontanément en une paire de particule-antiparticule, qui s'annulerait pour redonner un photon. Peut-être que quelqu'un de plus compétent pourra t'en dire plus.

[adhalam]

Merci bien Phys 2

Donc si le photon aurait une masse la vitesse de la lumière ne sera plus = C par conséquent elle ne sera plus la vitesse limite mais les théories de la relativité resteraient les mêmes...

[philou21]

...Donc si le photon avait une masse, la vitesse de la lumière ne serait plus = C par conséquent elle ne sera plus la vitesse limite mais la théorie de la relativité resterait la même...

oui..
...........

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6e083fba]

Non, si le photon avait une masse, c resterait telle qu'elle est mais ce sont les photons eux même qui iraient moins vite.

Je pense qu'il est bon de rappeler ici que c est égal à 299 792 458 m/s par définition. La seconde a été définie par ailleurs et le mètre est défini à partir de la vitesse de la lumière.


2) Le photon a une dimension (c'est pour ça qu'on parle de photons et de physique quantique). Cependant, connaître la dimension d'un photon n'est pas vraiment possible...
Photon et électrons font montre de comportements proches. C'est d'ailleurs de là que vient le concept de dualité onde/corpuscule

3) Oui, c'est déjà fait : le "débit" (qui s'appelle luminance) se mesure en candela/m² ou anciennement en lumen/m²/stéradian
Intensité d'un flux lumineux perçu par l'œil humain est exprimé en candela.
Le flux lumineux (nb photons/temps) est exprimé en lumen.
Le stéradian est une mesure d'angle solide.

4) Si on était dans l'eau, le flux lumineux irai certes moins vite, mais c'est tout. c n'est pas dépendante de la vitesse des photons. c est une constante fondamentale de la physique.

5) Pour faire simple, un photon est éternel s'il se trouve dans le vide. Le photon est l'expression d'une certaine quantité d'énergie. Si cette énergie n'a aucun moyen d'être transformée ou absorbée, alors il ne se passe rien.

[adhalam]

merci à tous ça devient plus clair

[inviteec07bcb2]

Bin les gars, si ce que dites était vrai, là le coup de "Le photon c'est très petit puisque c'est un grain, le photon c'est très petit, le photon c'est très petit...", les astronomes ne pourrait pas faire marcher leurs interféromètres à large base.
Il y a un des deux groupes qui a forcément tout faux.

Appliquons la formule de la largeur au ventre du fuseau de Fermat, entre nous et la grande Galaxie d'Andromède, celle qui est la plus proche, dans l'amas local de galaxies, à environ 2,6 millions d'années lumière, pour une radiation de 0,5 µm de longueur d'onde :

où est la longueur d'onde. On en prend la racine carrée :


Où z est la flèche au milieu du fuseau, a est la demi-corde, ou demi-distance entre émetteur et récepteur considérés comme ponctuels, e est le quotient de la longueur d’onde par a.


Figure :

Il vient que z = 48 000 km.

Autrement dit un surdiamètre, s'ajoutant à la somme des rayons de la source et de l'absorbeur, de 96 000 km.

Quelle hypothèse à été faite ?
Une seule, celle qui découle de l'observation de Fermat au 17e siècle : tous les trajets simultanément utilisés ne déphasent pas de de plus d'un quart de période.

Or ces photons sont des bosons, durant ce long trajet en large covoiturage, ils ont eu tout le temps et l'espace pour se grégariser, pour se mettre en fréquence et en phase. C'est ce qui permet à deux antennes ou des télescopes distant(e)s de quelques kilomètre en optique, de quelques dizaines ou centaines de kilomètres en micro-ondes, de capter des photons distincts, et pourtant en phase, répondant aux exigences de l'interférométrie.

Bien entendu, à longueur d'onde cent fois plus grande, diamètre du fuseau de Fermat dix fois plus grand.

Vous y croyez toujours, que "Le photon c'est très petit puisque c'est un grain, le photon c'est très petit, le photon c'est très petit..." ?

[invite54165721]

L'idée la plus simple est quand même qu'au départ toutes les particules sont de masses nulles (meme vitesse pour tout le monde) et que divers phénomènes (brisure de symétrie, émergence, etc) font qu'elles nous apparaissent avec des vitesses inférieures.

[invite6e083fba]

Tu me la refait en un peu plus clair Noncredule ?

Si on considère que la taille du photon est son amplitude, alors c'est petit. Pour s'en persuader, j'ouvre mes volets, miracle, je n'ai pas besoin d'une fenêtre de 4000 km de long pour avoir l'espoir de regarder ce qu'il se passe dehors.

Si on considère que la taille des photons est égale à celle du train d'onde (ce qui est non con quand on lie quantique et électromagnétique), alors ça reste très petit aussi.

Je ne me suis pas penché sur l'expérience dont tu parles, mais en tout cas, ta description de m'a aidée en rien à sa compréhension.

[inviteec07bcb2]

Tu me la refait en un peu plus clair Noncredule ?

Si on considère que la taille du photon est son amplitude, alors c'est petit. Pour s'en persuader, j'ouvre mes volets, miracle, je n'ai pas besoin d'une fenêtre de 4000 km de long pour avoir l'espoir de regarder ce qu'il se passe dehors.

Si on considère que la taille des photons est égale à celle du train d'onde (ce qui est non con quand on lie quantique et électromagnétique), alors ça reste très petit aussi.

Je ne me suis pas penché sur l'expérience dont tu parles, mais en tout cas, ta description de m'a aidée en rien à sa compréhension.

As-tu remarqué quelques caractéristiques remarquables de ton expérience, Giroux ?
Tes émetteurs ne sont PAS situé à 1,3 millions d'années-lumière, mais à huit minutes-lumière, dans l'atmosphère solaire.
Tes absorbeurs ne sont PAS situé à 1,3 millions d'années-lumière, mais à des distances comprises entre quelques centimètres et quelques mètres. Au maximum quelques kilomètres, si d'aventure un rayon de Soleil est renvoyé vers l'extérieur par un miroir judicieusement orienté.
Par ailleurs ton dispositif n'est PAS interférenciel, et ne te permet d'observer aucune corrélation en fréquence ni en phase des photons.

Ça ne serait pas un coq-à-l'âne, des fois ?

Merci aussi, d'avance, de nous faire la vérification dimensionnelle de ton affirmation "la taille du photon est son amplitude". J'ai comme un doute, là...

Concernant la longueur du train d'onde, et pour un émetteur non cohérent, dans le domaine du visible, on comptait un maximum de l'ordre du mètre, grand maxi trois mètres, comme longueur de cohérence pour des expériences d'interférences, au temps où les lasers n'existaient pas. La longueur de cohérence pouvant être d'autant meilleure que la température de source est plus basse, et les raies émettrices plus fines. A 6000 K la couronne solaire, et avec une distance aussi réduite que 8 minutes-lumière entre émetteurs et absorbeurs, il n'y a pas grand-chose à espérer, en matière de longueur de cohérence.

A température plus basse, les raies sombres de Fraunhofer sont plus finement définies... Wi, mais justement ce ne sont pas des émissions, mais des absorptions...

Bien sûr, on pourrait se reporter à la page adéquate, mais les tenants de la coutume sont violemment contre.

[invite6e083fba]

Je n'ai que les bases en physique quantique. Mon domaine, c'est plus la chimie pour laquelle les sujets abordée en quantique sont tout autres.

Toutefois, venir ici et poser "fuseau de fermat" == "dimension d'un photon" semble osé d'autant (c'est peut-être à cause de lacunes de ma part... scifinder me le dira bientôt) que vous êtes la seule personne que Google connaisse à parler de ces fuseaux... Google n'est pas très bon pour trouver du contenu scientifique, néanmoins cela peut devenir un bon indicateur de la "popularité" d'une théorie. Et je me méfie comme de la peste du phénomène "source unique de l'information" surtout quand je ne maîtrise pas le sujet.

Avez-vous des références académiques sur le fuseau de Fermat. Je serais heureux de pouvoir les consulter. (enfin, dès lundi je verrai bien)

Ensuite, la cohérence d'un faisceau n'est pas ce qui défini un photon en tant que tel. Donc je ne vois pas vraiment en quoi en votre remarque était adaptée à la question.

Pour prendre une autre image afin d'illustrer l'affirmation précédente : je peux voir des étoiles lointaines et d'autres encore plus ! Ma pupille fait quoi ? 1-2mm de diamètre ? Et pourtant, je les vois ces étoiles...

Par contre, ce que je ne vois pas, c'est comment un "objet" plus gros que mes cônes, bâtonnets et pupille peut passer dans mon œil et être interprété d'une quelconque façon par mon cerveau. Pourtant nous ne sommes plus à 8 minutes-lumière de distance...

En chimie quantique, on considère les photons comme des points. Or cela impliquerait une densité d'énergie infinie. En réalité, il me semble stupide de réellement parler de dimension d'un photon. Conceptuellement, je vois mal comment attribuer une dimension géométrique à ce que l'on représente par une densité de probabilité de présence.

Cependant, à partir du moment où un faisceau peut passer par un orifice, le diamètre de ce dernier constitue un majorant de la "taille" d'un photon. Donc si je le vois, c'est que c'est rentré dans mon œil donc que c'est de taille inférieure à mon œil. En ce sens, la longueur d'onde est un bon indicateur, sinon de taille, au moins qu'en deça de cette valeur, d'autres phénomènes qu'un simple déplacement rectiligne deviennent prépondérants.

Concernant la longueur des trains d'onde, si on se base sur la cohérence, c'est sûr que ce n'est plus représentatif d'une quelconque longueur, sauf de celle du faisceau.

Si, en revanche, on défini un train d'onde au niveau de sa génération électronique : le passage de l'électron d'une OM à une autre plus basse en énergie, on obtient des trains d'onde beaucoup plus petits :
la désexcitation s'opère sur des temps de l'ordre de la dizaine de pico seconde. Au moment de l'émission, l'onde peut prendre sa vitesse maximale : c.
Cela nous fait un train d'onde de longueur de l'ordre du mm.
D'autant que je sache, c'est ainsi qu'est défini le photon et pas autrement : le résultat d'une désexcitation d'un électron.

La cohérence ne fait pas tout. Surtout quand on parle de la taille de photons et pas celle d'un faisceau de photons.

L'amplitude dont je parlais tout à l'heure était bien une amplitude spatiale : la longueur du train d'onde n'est pas la distance caractéristique intéressante puisque le train d'onde est colinéaire au déplacement de l'onde. Ce qu'il faudrait, c'est définir un diamètre de photon qui correspondrait à son amplitude spatiale. Or je n'ai connaissance d'aucune étude sur l'amplitude spatiale du photon. Ce qui ne m'étonne aucunement au vu de ma petite réflexion sur l'aberration d'attribuer une dimension à une densité de probabilité de présence...

D'où l'idée de se rabattre sur la longueur d'onde.
C'est arbitraire, mais plus représentatif qu'une définition basée sur la cohérence d'un faisceau.

Une autre idée aurait pu être de considérer que l'énergie d'un photon est la "dimension" intéressante. Une autre aurait été de considérer que dans la mesure où un photon est capable d'être absorbé par des molécules et atomes, alors sa dimension caractéristique devrait être plus petite puisqu'il est entièrement absorbé par la particule...


Bref, quelque soit la façon dont j'essaie de voir les choses, j'ai un objet qui n'est ni une onde, ni un particule ; qui, de fait, n'a pas de dimension... ou plutôt en a une dépendant totalement de la définition qu'on en a ; l'observation me fait dire que souvent, c'est très petit.

[invité576543]

Ensuite, la cohérence d'un faisceau n'est pas ce qui défini un photon en tant que tel. Donc je ne vois pas vraiment en quoi en votre remarque était adaptée à la question.

Pourtant elle l'est. Si un photon interfèrent avec lui-même, ce que stipule la physique quantique, on peut proposer que toute preuve d'interférence sur une distance d montre que le photon "s'étale" sur au moins cette distance.

Pour prendre une autre image afin d'illustrer l'affirmation précédente : je peux voir des étoiles lointaines et d'autres encore plus ! Ma pupille fait quoi ? 1-2mm de diamètre ? Et pourtant, je les vois ces étoiles...

Qui peut le plus peut le moins.

Par contre, ce que je ne vois pas, c'est comment un "objet" plus gros que mes cônes, bâtonnets et pupille peut passer dans mon œil et être interprété d'une quelconque façon par mon cerveau.

C'est une approche purement particulaire, ça. C'est bien parce qu'elle est incorrecte qu'on parle de dualité.

Cependant, à partir du moment où un faisceau peut passer par un orifice, le diamètre de ce dernier constitue un majorant de la "taille" d'un photon.

Certainement pas : en faisant deux orifices il y a interférence, donc le diamètre d'un seul ne peut pas être un majorant.

Bref, quelque soit la façon dont j'essaie de voir les choses, j'ai un objet qui n'est ni une onde, ni un particule ; qui, de fait, n'a pas de dimension... ou plutôt en a une dépendant totalement de la définition qu'on en a ; l'observation me fait dire que souvent, c'est très petit.

La seule chose qui est petite, et point qui couvre nombre de cas que vous décrivez, c'est la zone d'émission ou d'absorption d'un photon. Appliquer cela au photon, c'est un peu comme dire que l'onde créée à la surface de l'eau par un caillou y tombant n'est pas plus grande que le caillou.

[invité576543]

Le fuseau de Fermat n'est pas une notion que je connais. Cela ressemble un peu à l'ellipsoïde de Fresnel. Serait-ce apparenté ?

[mariposa]

Bref, quelque soit la façon dont j'essaie de voir les choses, j'ai un objet qui n'est ni une onde, ni un particule ; qui, de fait, n'a pas de dimension... ou plutôt en a une dépendant totalement de la définition qu'on en a ; l'observation me fait dire que souvent, c'est très petit.

Bonjour,

En effet un photon ce n'est ni une particule ni une onde et effectivement n'a aucune dimension (ni petite, ni grande).

Tous ces concepts d'onde, de particules et de dimension, de trajectoire sont des concepts classiques et donc étrangers à la MQ.


Comme tu as fait de la chimie quantique, plutôt que de faire un développement je t'indique comment comprendre la nature du photon.


La première chose est d'étudier (ou de revoir) la MQ de l'oscillateur harmonique.

La deuxième chose est d'examiner la valeur de l'énergie électromagnétique qui est l'intégrale dans l'espace de E(r)2 + B(r)2. Après transformation de Fourier de cette énergie tu constateras que l'énergie est une somme d'oscillateurs harmoniques indépendants.

Le problème est presque résolu puisque les solutions sont le produit tensoriel de toutes les solutions associés à chaque oscillateur.

Pour comprendre ce qu'est un photon, il suffit de regarder un seul oscillateur: C'est tout simplement la différence entre deux niveaux (quelconque) d'énergie, cad h.w. En particulier le niveau fondamental correspond à zéro photon et l'on appelle cet état l 'état du vide électromagnétique

La conclusion est qu'un photon est une excitation élémentaire du vide électromagnétique, un quantum d'énergie. N photons sont donc N excitations du vide électromagnétique.

[invite6e083fba]

Pourtant elle l'est. Si un photon interfèrent avec lui-même, ce que stipule la physique quantique, on peut proposer que toute preuve d'interférence sur une distance d montre que le photon "s'étale" sur au moins cette distance.

En somme, peu importe que la source soit unitaire ou non, pour peu que les ondes soient cohérentes à un moment donné, on juge que c'est un seul et même photon... Ne seriez-vous pas en train de confondre implication et équivalence ?

Qui peut le plus peut le moins.

C'est une approche purement ondulatoire, ça. C'est bien parce qu'elle est incorrecte qu'on parle de dualité.

Certainement pas : en faisant deux orifices il y a interférence, donc le diamètre d'un seul ne peut pas être un majorant.

C'est une approche purement ondulatoire, ça. C'est bien parce qu'elle est incorrecte qu'on parle de dualité.

La seule chose qui est petite, et point qui couvre nombre de cas que vous décrivez, c'est la zone d'émission ou d'absorption d'un photon. Appliquer cela au photon, c'est un peu comme dire que l'onde créée à la surface de l'eau par un caillou y tombant n'est pas plus grande que le caillou.

C'est une approche purement ondulatoire, ça. C'est bien parce qu'elle est incorrecte qu'on parle de dualité.

Ne vous en déplaise, un photon est décrit comme un corpuscule. L'approche particulaire est donc à privilégier même si, comme la repréciser mariposa (que je remercie au passage), en soi un photon n'est ni une onde, ni une particule, mais tout simplement un photon.

[chaverondier]

Ne vous en déplaise, un photon est décrit comme un corpuscule.

Cette façon d'en parler est une métaphore. Elle nous aide à appréhender certaines de ses propriétés, notamment le fait que l'interaction lumière matière se fasse par émission absorption de quanta d'énergie. Elle offre aussi l'avantage de ne pas trop nous dépayser en nous donnant l'impression qu'on peut ranger le photon dans une catégorie d'objets familiers (les particules) appartenant à un univers classique, l'univers que nous percevons à notre échelle macroscopique.

L'approche particulaire est donc à privilégier même si, comme l'a précisé mariposa (que je remercie au passage), en soi un photon n'est ni une onde, ni une particule, mais tout simplement un photon.

Hum... S'il faut vraiment privilégier quelque chose, il vaudrait mieux privilégier l'approche ondulatoire. C'est quand même à partir de cette base qu'il a été possible de dériver l'équation de Schrödinger et qu'il est possible d'établir l'équation de Dirac (cf Dirac equation from the Hamiltonian and the case with a gravitational field, authors: Mayeul Arminjon Foundations of Physics Letters 19 (3), 225-247 (2006) http://fr.arxiv.org/abs/gr-qc/0512046) le premier pas en direction d'une réconciliation Mécanique Quantique/Relativité Restreinte (avant la formulation Lagrangienne de la mécanique quantique développée par Feynman).

[inviteec07bcb2]

Le fuseau de Fermat n'est pas une notion que je connais. Cela ressemble un peu à l'ellipsoïde de Fresnel. Serait-ce apparenté ?

Il faut bien qu'un jour un homme se lève plus tôt que les autres, et fasse le travail que les autres n'ont pas fait.

Ce calcul est apparu la première fois il y a douze ans, dans un mémoire de Maîtrise à Lyon 1, et est passé totalement inaperçu. Les profs de l'In2p3 furent incapables de dire à l'étudiant qu'il était antériorisé de douze ans sur tous les autres points que ce calcul, par John G. Cramer, dont ils ignoraient tout. Le projet d'article qui a circulé en 1999 parmi quelques Maîtres de Conf. n'a été accessible au public qu'en août 2003, par le Web.

Il était inéluctable que la TIQM soit redécouverte indépendamment plusieurs fois. Ce qui reste abasourdissant, est qu'elle n'ait pas été formulée dès la fin des années vingt, début années trente. On disposait déjà des faits expérimentaux indispensables. C'étaient les éléments intellectuels, méthodologiques, qui prenaient un retard mathusalémique. Comptez bien sûr avec les manoeuvres et intimidations par la clique dominante pour rester dominante et monopoliste...

En sciences humaines aussi, on constate parfois des retards énormes (j'ai un cas de retard de cent trente ans) avant qu'un pionnier plus courageux que les autres, brave un interdit et explore avec succès un domaine d'ignorance collective volontaire.

Les "savants", et prétendus tels, sont des animaux territoriaux comme les autres... S'imaginer qu'on va faire de l'histoire des sciences sans étudier les réseaux d'influence et de pouvoir, et leurs manigances, voilà une rêverie bien infantile, indigne d'un historien.

Prendre un rayon de courbure constant pour chacun des "trajets" partiels, soit un arc de cercle, est bien évidemment une approximation grossière et provisoire. Bien évidemment que la courbure est moins forte dans la partie principale, et beaucoup plus forte près des apex. Le diamètre du fuseau de propagation est donc surestimé dans la partie centrale, si l'ordre de grandeur est respecté.

[evrardo]

Je déterre ce vieux sujet, pour ne pas en ouvrir un autre.

Est ce qu'on peut connaître le diamètre d'un photon???
Je sais que c'est pas vraiment une particule, c'est aussi une onde. Pourtant il a une existence matérielle, donc une dimension non?

[coussin]

Pourtant il a une existence matérielle, donc une dimension non?

Pas vraiment, non…

[f6bes]

Je déterre ce vieux sujet, pour ne pas en ouvrir un autre.

Est ce qu'on peut connaître le diamètre d'un photon???
Je sais que c'est pas vraiment une particule, c'est aussi une onde. Pourtant il a une existence matérielle, donc une dimension non?

Bjr à toi,
Non il n'a pas de "matérialisation" de la part du photon.
TU veux à tout prix qu'il soit MATERIEL ( tes différents posts). TANT QUE tu le ferras sous cet aspect , tu te fourvoieras.
A+

[evrardo]

Bjr à toi,
Non il n'a pas de "matérialisation" de la part du photon.
TU veux à tout prix qu'il soit MATERIEL ( tes différents posts). TANT QUE tu le ferras sous cet aspect , tu te fourvoieras.
A+

Bon, je vais interroger l'ami Google pour mieux comprendre cette affaire.
Parce que c'est pas clair du tout!

[stefjm]

http://www.slac.stanford.edu/grp/th/lectures/warsaw.pdf

[evrardo]

http://www.slac.stanford.edu/grp/th/lectures/warsaw.pdf

salut Stefjm, merci pour le lien, mais franchement, il faut être sacrément calé en physique pour comprendre ce qui y est dit.
Je cherche quelque chose d'un peu plus simple;
Merci quand même/