Radioactivité : temps de demi-vie

[invite7edac043]

Bonjour,

La décroissance d'une population radioactive suit une loi exponentielle.
On interprète ça par l'impossibilité de prédire le temps d'attente entre deux désintégrations. La décroissance d'une population donnée est caractérisée par le temps de demi-vie (qui est inversement proportionnel à la moyenne de la PDF associée à la loi de décroissance exponentielle).
Je crois qu'il est possible de calculer analytiquement ce temps de demi-
vie dans le cadre de la MQ. N'ayant que des connaissances de bases en
physique quantique, j'aimerai obtenir des renseignements sur les causes premières de la désintégration.
En particulier : Est-ce l'apparition d'une instabilité dans le noyau qui entraine sa désintégration?

merci par avance!

Greghor
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[invite0fa82544]

Bonjour,

La décroissance d'une population radioactive suit une loi exponentielle.
On interprète ça par l'impossibilité de prédire le temps d'attente entre deux désintégrations. La décroissance d'une population donnée est caractérisée par le temps de demi-vie (qui est inversement proportionnel à la moyenne de la PDF associée à la loi de décroissance exponentielle).
Je crois qu'il est possible de calculer analytiquement ce temps de demi-
vie dans le cadre de la MQ. N'ayant que des connaissances de bases en
physique quantique, j'aimerai obtenir des renseignements sur les causes premières de la désintégration.
En particulier : Est-ce l'apparition d'une instabilité dans le noyau qui entraine sa désintégration?

merci par avance!

Greghor

Je connais mieux le problème dans le cadre de la physique atomique, où son équivalent est la durée de vie radiative d'un atome une fois porté dans un état excité.

Oui, on sait faire le calcul théorique en MQ de cette durée de vie (moyenne !). Le point essentiel est de quantifier non seulement la matière (l'atome) mais également le champ électromagnétique. Cela fait, et dans le cadre de modèles plus ou moins raffinés, le calcul analytique est possible.
On trouve ainsi que le déclin de la population d'atomes excités au sein d'un gaz raréfié (pour que les atomes s'ignorent les uns les autres) suit d'abord une loi exponentielle (tout comme le déclin radioactif), avant de décroîre algébriquement aux grands temps suivant une loi-puissance.
Il faut bien voir que cette durée de vie est essentiellement une moyenne, et que l'instant d'émission d'un atome donné est totalement imprévisible.

La cause première de la désexcitation est simplement la tendance de tout système physique à revenir spontanément dans son état d'énergie minimum, pourvu qu'un processus fondamental le lui permette. L'atome peut le faire par émission vers l'extérieur d'un (ou plusieurs) photon(s), d'où la lumière émise constituant d'ailleurs la signature de cet atome.

[invite7edac043]

Merci pour ta réponse Armen92

La cause première de la désexcitation est simplement la tendance de tout système physique à revenir spontanément dans son état d'énergie minimum, pourvu qu'un processus fondamental le lui permette. L'atome peut le faire par émission vers l'extérieur d'un (ou plusieurs) photon(s), d'où la lumière émise constituant d'ailleurs la signature de cet atome.

Est-ce alors correct de considérer qu'il y a des fluctuations énergétiques de l'atome autour d'un état métastable. Lors d'une fluctuation assez importante, l'atome bascule vers un état d'énergie mimimum en
rejetant le surplus d'énergie sous forme de photons ???
En fait ce que j'ai surtout besoin de savoir : l'origine de l'imprédictibilité du moment de la désintégration est-elle liée à la fluctuations aléatoire de grandeurs physiques au sein du noyau ?

Cordialement,

Greghor

[Deedee81]

Salut,

Est-ce alors correct de considérer qu'il y a des fluctuations énergétiques de l'atome autour d'un état métastable. Lors d'une fluctuation assez importante, l'atome bascule vers un état d'énergie mimimum en
rejetant le surplus d'énergie sous forme de photons ???
En fait ce que j'ai surtout besoin de savoir : l'origine de l'imprédictibilité du moment de la désintégration est-elle liée à la fluctuations aléatoire de grandeurs physiques au sein du noyau ?

On peut le décrire/vulgariser comme ça mais il est plus correct de dire que ce caractère aléatoire des phénomènes quantiques est une propriété intrinsèque. Elle n'a pas "d'origine" (#). Sur de courtes échelles de temps, la valeur de l'énergie n'est pas précise, mais cela ne veut pas dire pour autant qu'elle fluctue. Juste que sa valeur n'est pas strictement déterminée (c'est le cas de nombreuses grandeurs en mécanique quantique et notamment les "paires de variables conjuguées" comme position et quantité de mouvement).

C'est une des caractéristiques les plus étranges de la mécanique quantique.

Comme le dit Zeh (http://xxx.lanl.gov/abs/0809.2904) les fluctuations quantiques (du vide ou pas) sont un affreux abus de langage.

(#) Une bonne raison de dire cela. Prend un certain nombre d'atomes instables. Baucoup vont se désintégrer mais au bout d'un moment il va en rester encore quelques uns (désintégrations aléatoires). Ayant une durée de vie nettement plus longue que leurs malheureux collègues, leur énergie est beaucoup mieux définie. Si on parlait de fluctuations, cela signifierait que leur énergie ne fluctuerait plus beaucoup. Et donc que la probabilité de désintégration chuterait. Or ce n'est pas ce qui est constaté. Ces atomes ont toujours exactement la même chance de se désintégrer par unité de temps (processus poissonien sans mémoire).

Il vaut donc mieux, pour éviter des dérapages dû à notre intuition classique inappropriée, en rester à une interprétation très basique et une description plus abstraite. Les nucléons (ou les électrons autour d'un atome, c'est le même combat) sont décrit pas une fonction d'onde et on peut calculer des probabilités de transition entre états en utilisant l'interprétation probabiliste de la fonction d'onde.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0fa82544]

Merci pour ta réponse Armen92



Est-ce alors correct de considérer qu'il y a des fluctuations énergétiques de l'atome autour d'un état métastable. Lors d'une fluctuation assez importante, l'atome bascule vers un état d'énergie mimimum en
rejetant le surplus d'énergie sous forme de photons ???
En fait ce que j'ai surtout besoin de savoir : l'origine de l'imprédictibilité du moment de la désintégration est-elle liée à la fluctuations aléatoire de grandeurs physiques au sein du noyau ?

Cordialement,

Greghor

Revenant au cas de l'atome excité, on peut dire que l'origine de l'émission spontanée réside dans les fluctuations du champ électromagnétique quantifié.
Il ne s'agit pas à proprement parler de fluctuations au sein de l'atome qui, de toute façon, en raison de son interaction permanente avec le champ de photons, perd une part de son identité. Tout au plus peut-on parler d'atome habillé, au sens défini par Cohen-Tannoudji.

[invite7edac043]

Ok je prends bonne note de tes indications.
Tes infos m'ont éclairçi !

merci encore