Energie du photon.

[papy-alain]

Bonjour à tous.
Pouvez vous me dire s'il existe une limite physique à la fréquence d'une onde électromagnétique ou, en d'autres termes, existe-t-il un quantum d'énergie maximal ou minimal pour un photon ?
Merci par avance de vos avis.
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Il y a peut-être une limite théorique avec la longueur ou le temps de Planck, mais la limite pratique ce sont les rayons cosmiques, avec des fréquences allant jusqu'à 10²³ Hz.
Au revoir.

[stefjm]

Bonjour Alain,
Je n'ai qu'une réponse iconoclaste qu'il conviendra donc de tempérer.

L'énergie d'un photon est donnée par la relation


Aux extrêmes théoriques de l'observable, je propose la masse de l'univers observable comme énergie maximum. (10^70 joule) Cela correspond à une longueur d'onde de 4 10^96 m.

De l'autre coté, je propose le rayon de Hubble 1.3 10^26 m, ce qui correspond à une énergie de 10^-51 joules, ( 10^-68kg) compatible avec la masse expérimentale du photon.

Pile au milieu "géométrique" (ou en ordre de grandeur), la longueur de Planck pour la masse de Planck.

Cordialement.

[doul11]

Bonjour,

Pour le minimum je propose zéro ! l'énergie est grandeur relative, on doit pouvoir trouver un référentiel ou elle est nulle ???

Des photons qui se trouvent infiniment proches (a l'extérieur bien sur) de l'horizon d'un trou noir sont infiniment décalés vers le rouge, leur énergie tends vers zéro.

Autre exemple, une charge en mouvement crée un champ magnétique, qu'est-ce qui ce passe si on augmente progressivement notre vitesse pour atteindre celle de la charge ? la charge émet de moins en moins de photons ou bien elle émet des photons de moins en moins énergétiques, pour arriver a zéro ?

Aux extrêmes théoriques de l'observable, je propose la masse de l'univers observable comme énergie maximum.

Ce qui voudrais dire que tout l'univers visible se résumerais a un photon, même si c'est une limite théorique elle me semble trop haute, il doit y avoir d'autre paramètres en prendre en compte, les quels ? je ne sais pas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteccac9361]

Bonjour,

Je proposerais de se referer à ce qui engendre le Photon.
Si le photon est issu de la desexitation de l'Atome, ce semble aujourd'hui acquis. Et que l'on considere le Photon comme immuable, c'est à dire que l'on ne peut le "transformer" que via son interaction avec un atome.
Alors la réponse se trouve dans l'Atome.

De plus, c'est peut-être plutot du coté de la difference d'etat maximum qu'il faille chercher. Puisque l'energie ne se rapporte qu'à une reference.
L'energie fondamentale de l'Atome etant la reference.

[inviteccac9361]

quantum d'énergie maximal

Si j'ai bien compris sa signification, cette partie est un non-sens.
Quantum d'energie minimale oui, mais maximale ?, une addition maximum des minimum ? Comment parler de quantum alors. C'est pas clair sur ce detail.

[doul11]

Si le photon est issu de la desexitation de l'Atome, ce semble aujourd'hui acquis.

Il n'y a pas ce ça, comme je l'ai déjà mentionner il y a les mouvements de charges électriques : http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonne...nu_de_freinage, il y a aussi les phénomènes de désintégrations : http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayon_gamma

[inviteccac9361]

Excellentes remarques Doul11,
ça permet d'aller un peu plus loin.

Si je regarde donc avec les elements que j'ai à ma disposition :
La desexitation, prend en compte l'atome et son electron. rayons X lumiere.
Le bremsstrahlung prend en compte l'electron.
Les rayons gamma sont produits par des transitions nucléaires.

Quel est le point commun ?
Le Noyau atomique.
Puisque dans le cas de l'electron (bremstrahlung), l'electron est issu de l'atome.
L'electron etant en quelque-sorte un vecteur de l'atome.

Le cas de la desintegration atomique permet donc de cibler plus particulierement le Noyau.
On peut evidement considerer le systeme Atome/Electron, mais dans ce cas c'est une propriété que l'on trouve dans le noyau, qui se trouve egalement dans l'electron qui donne lieu à l'onde electromagnetique.

Ca parait coherent ?

[stefjm]

Il y a peut-être une limite théorique avec la longueur ou le temps de Planck, mais la limite pratique ce sont les rayons cosmiques, avec des fréquences allant jusqu'à 10²³ Hz.

Cette fréquence de 10^23 correspond correspond à la masse d'un noyau.
2.2 10^23 Hz pour être précis.
Pour la masse de Planck, ca va nous emmener un peu plus loin : 10^42 Hz.
Dur dur expérimentalement...
Pour comparer, la fréquence de l'ensemble de l'univers : 10^103 Hz.

Pour le minimum je propose zéro ! l'énergie est grandeur relative, on doit pouvoir trouver un référentiel ou elle est nulle ???

Fréquence nulle, mais période infinie.
Si on prend la masse correspondant au rayon de Hubble (10^-68), cela donne une période de 7 10^17 seconde, commensurable avec la constante de temps de l'univers observable. (ou de l'age de l'univers)

Ce qui voudrais dire que tout l'univers visible se résumerais a un photon, même si c'est une limite théorique elle me semble trop haute, il doit y avoir d'autre paramètres en prendre en compte, les quels ? je ne sais pas.

Le noyau atomique parait raisonnable.

Quel est le point commun ?
Le Noyau atomique.
Ca parait coherent ?

Jusqu'à ce qu'on trouve des fréquences supérieurs à celle du noyau?

Y en a-t-il d'observé?

Cordialement.

[papy-alain]

En premier lieu, merci à tous les intervenants.
Je pensais avoir une réponse simple, c'est raté.
Pour l'énergie minimale, on peut bien sûr tendre vers zéro, mais y arriver vraiment me paraît difficilement envisageable. Un photon vide de toute énergie a-t-il un sens ? Déjà qu'il n'a pas de masse, si en plus on lui enlève son énergie, que reste-t-il à ce pauvre malheureux ?
Par contre, pour le maximum, je recense deux types de réponses : celles basées sur l'observation et celles basées sur la théorie. Partant du principe que la nature intrinsèque d'un phénomène ne peut dépendre des conditions d'observations, je m'en remettrai donc aux valeurs limites théoriques que vous êtes plusieurs à évoquer. De ce point de vue, la limite qui m'apparaît la plus plausible est celle résultant de la masse de Planck, comme le propose stefjm, soit 10^42 Hz. Mais je retiens aussi les 2.2 10^23 Hz qui correspondent à un "maximum observé" en me disant que, peut être, on n'ira jamais plus haut.
Encore un grand merci à tous.

[inviteccac9361]

Une petite phrase trouvée ici au sujet de la signification de la constante de Planck : http://www.univ-paris-diderot.fr/hpr/Lochak.pdf
(document que je conseille)

Si quelqu'un vous dit qu'il sait ce que veut dire,
dites-lui que c'est un menteur.
Albert Einstein

A creuser donc, c'est un sujet tres interressant.
Ces étranges coincidences
J'ai lu par exemple que la difference entre l'intensité des forces de gravitation et de la force electromagnetique etait de l'ordre 10⁴⁰
Le rapport entre la plus petite structure observée et la plus grande, est d'environ 10⁴⁰, il me semble.
atome 10^-18 et Univers, 15milliards d'annees lumieres

Ce qui est interressant aussi c'est l'approche de Louis de Broglie
http://fr.wikipedia.org/wiki/Louis_de_Broglie, qui donne cette longueur d'onde à la matiere. Pas seulement aux photons.

Trouvé dans cette conference de Claude Cohen-Tannoudji:
http://irh.unice.fr/spip.php?article101

On parle de la Généralisation du principe de la moindre action.

[coussin]

Un photon vide de toute énergie a-t-il un sens ?

Carrément oui. N'importe quel photon associé à un champ statique
Ou alors prends la fameuse distribution de Planck pour un champ thermique : le nombre de photon à omega=0 diverge. Y a une infinité de photon mais ils ont une énergie nulle… Ouf !

[PSR B1919+21]

Puisque dans le cas de l'electron (bremstrahlung), l'electron est issu de l'atome.
L'electron etant en quelque-sorte un vecteur de l'atome.

Ca parait coherent ?

Bonjour,
je ne suis pas tout à fait d'accord. Prenons le cas d'un accélérateur de particule : il peut amener les électrons à des énergies importantes sans qu'ils soient issus d'un processus atomique. Ainsi après interaction avec la matière, le rayonnement photonique de freinage aura un spectre de 0 à l'énergie des électrons incidents, ceux-ci pouvant être d'énergie extremement élevée.

PSR

[stefjm]

Carrément oui. N'importe quel photon associé à un champ statique

Dans ce cas, cela revient à dire que l'émission (resp la réception) de ces photons d'énergie nulle s'est passée (resp se produira) depuis (resp dans) un temps infiniment grand devant le temps d'étude.

Un champ statique représenterait alors des photons en vol?

Ou alors prends la fameuse distribution de Planck pour un champ thermique : le nombre de photon à omega=0 diverge. Y a une infinité de photon mais ils ont une énergie nulle… Ouf !

Par curiosité, combien donne la limite?

[inviteccac9361]

il peut amener les électrons à des énergies importantes sans qu'ils soient issus d'un processus atomique

Oui bien sur.
Seulement, d'une part, d'ou vient l'electron ?
A ma connaissance, seul l'atome est source d'electron.

D'autre part, je ne cite pas l'electron nommement, mais plutot m'attache à trouver les circonstances qui ammennent à l'emmission de photons. La charge est un point commun entre le noyau et l'electron (de maniere tres simplifiée) .
- pour l'electron + pour le noyau. Mais ce n'est surement pas aussi simple que ça.

[Deedee81]

Salut,

Par curiosité, combien donne la limite?

Quelle limite ? Tu veux dire la limite de l'énergie pour infini * 0 dont parle coussin ? C'est juste la distribution de Planck. Donc l'intégrale complète donne une densité en T^4, comme d'hab.