Dimensions et matière

[bel23]

Salut à tous,

Je me pose une question, j'ai une petite théorie de novice et je souhaitais savoir si cela pouvait être tangible,

J'ai vu un documentaire expliquant que lorsque l'on fournit de l'énergie à de la matière pour qu'elle se déplace de plus en plus vite, il arrive un moment où on a beau ajouter de l'énergie, cette matière ne peut pas aller plus vite, c'est la vitesse de la lumière, et l'énergie que l'on va rajouter ne servira donc pas à aller plus vite mais se transformera en matière.

Ma petite théorie serait que ces fameuses dimensions microscopiques cachées de l'univers sont en fait de la taille des particules élémentaires, l'énergie qui se déplace à la vitesse de la lumière 'rentre' dans ces dimensions et ne peut plus en sortir, ce qui crée donc les particules, les particules élémentaires seraient donc des dimensions remplies d'énergie, une sorte de réorganisation de l'énergie en matière .... merci d'être sympas dans vos critiques
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[invite60be3959]

Salut à tous,

Je me pose une question, j'ai une petite théorie de novice et je souhaitais savoir si cela pouvait être tangible,

J'ai vu un documentaire expliquant que lorsque l'on fournit de l'énergie à de la matière pour qu'elle se déplace de plus en plus vite, il arrive un moment où on a beau ajouter de l'énergie, cette matière ne peut pas aller plus vite, c'est la vitesse de la lumière, et l'énergie que l'on va rajouter ne servira donc pas à aller plus vite mais se transformera en matière.

Ma petite théorie serait que ces fameuses dimensions microscopiques cachées de l'univers sont en fait de la taille des particules élémentaires, l'énergie qui se déplace à la vitesse de la lumière 'rentre' dans ces dimensions et ne peut plus en sortir, ce qui crée donc les particules, les particules élémentaires seraient donc des dimensions remplies d'énergie, une sorte de réorganisation de l'énergie en matière .... merci d'être sympas dans vos critiques

Pourquoi pas !? Mais surtout comment ?

[invitea29d1598]

Bonjour,

J'ai vu un documentaire expliquant que lorsque l'on fournit de l'énergie à de la matière pour qu'elle se déplace de plus en plus vite, il arrive un moment où on a beau ajouter de l'énergie, cette matière ne peut pas aller plus vite, c'est la vitesse de la lumière, et l'énergie que l'on va rajouter ne servira donc pas à aller plus vite mais se transformera en matière.

c'est effectivement ce qu'on peut lire ou entendre parfois dans la mauvaise vulgarisation, mais c'est faux. L'énergie qu'on apporte à un système en l'accélérant reste de l'énergie même si elle augmente son inertie. La quantité de matière est inchangée. C'est pas en courant plus vite qu'on se voit pousser un quatrième bras ou une troisième tête...

[bel23]

ha ... ?
est-ce que l'on sait sous quelles conditions l'énergie se transforme en matière ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

est-ce que l'on sait sous quelles conditions l'énergie se transforme en matière ?

A travers des interactions.

Si tu projette deux électrons l'un sur l'autre avec suffisament d'énergie, tu vas avoir création d'une flopée de particules.

C'est le principe utilisé dans les grands accélérateurs (comme le LHC), l'analyse de ces particules permettant d'étudier les propriétés de ces interactions (et de découvrir parfois de nouvelles particules).

[bel23]

pour moi cette méthode ne sert qu'à casser les particules pour voir ce qu'il y a dedans, pas à créer de la matière .. ?

[noureddine2]

Salut à tous,

J'ai vu un documentaire expliquant que lorsque l'on fournit de l'énergie à de la matière pour qu'elle se déplace de plus en plus vite, il arrive un moment où on a beau ajouter de l'énergie, cette matière ne peut pas aller plus vite, c'est la vitesse de la lumière, et l'énergie que l'on va rajouter ne servira donc pas à aller plus vite mais se transformera en matière.

salut , quand une fusée atteint la vitesse de la lumiere , le temps de la fusée s'arrete donc son moteur devient figée on peut dire s'arrete , on ne peut pas consomer d'energie si le moteur s'arrete .
mais ta liaison entre energie et matiere et dimensions me donne cette question :
comment se fait la transformation energie - matiere theoriquement ? merci

[invite93279690]

pour moi cette méthode ne sert qu'à casser les particules pour voir ce qu'il y a dedans, pas à créer de la matière .. ?

Salut,

Si tu balances un électron contre un autre électron à très haute énergie tu peux obtenir en sortie deux électrons PLUS par exemple un proton et un anti-proton (la section efficace est sans doute faible)...et pourtant un électron n'est pas constitué de protons que je sache.

Donc non on ne "casse" pas les particules quand on les balance l'une sur l'autre.

[Deedee81]

pour moi cette méthode ne sert qu'à casser les particules pour voir ce qu'il y a dedans, pas à créer de la matière .. ?

Les électrons sont, à ce qu'on en sait, des particules élémentaires. Pas des particules composites. Et les expériences même à très haute énergie (pour l'électron et le positron, le LEP par exemple) sont en accord.

En plus de la remarque de Gatsu :

Il est aussi très facile de voir, en utilisant les relations d'indétermination de Heisenberg, que l'électron ne saurait pas contenir "à l'avance" les particules produites par collision.

Rappelons aussi que la création de lumière est un processus banal et courant. Il est clair que les particules ne contiennent pas les photons émis, ou alors ce sont des trous sans fond . Enfin, le photon est une particule comme les autres. Les seules choses qui distinguent les particules sont leurs propriétés : masse, charges, spin,... Il y a aussi la conservation de l'énergie totale.

Enfin, il existe un résultat très important de la mécanique quantique : ce sont les statistiques quantiques. Le caractère parfaitement identique des particules (on dit '"particules indiscernables") à des conséquences non triviales sur leur comportement (principe d'exclusion de Pauli, caractère grégairedes bosons comme dans la supra conductivité, les superfluides ou le laser). Si les particules pouvaient être distinguées ces propriétés tombent (c'est d'ailleurs parfois le cas, ainsi le principe d'exclusion n'empêche pas de mettre deux électrons dans le même état s'ils ont des états de spin différents, par exemple deux électrons par orbitale électronique non dénérée).

Or, tout montre qu'un électron reste toujours un électron, même après avoir émis d'autres particules. Il n'a pas perdu quelque chose qui était en lui et qui le rendrait différent et qui ne ferait plus de lui une particule soumise à la statistique de Fermi-Dirac (fermion). Idem pour les particules obéissant à la statistique de Bose-Einstein( bosons).

Il est donc clair que les expériences de haute énergie ne servent pas à casser des particules (même si ça peut parfois être intéressant : étudier l'intérieur d'un proton, par exemple, qui, lui, est une particule composite).

[bel23]

merci pour toutes ces infos et de votre patience à expliquer, c'est je crois une des choses les plus intéressantes au monde ..

donc on peut dire que c'est une partie de l'énergie fournie pour la collision (par le collisionneur) qui est transformée en particules ?

mais tout à coup je pense à la photoluminescence... c'est vrai qu'il y a création de photons ... mais les photons sont ils vraiment des particules comme les autres ....

[invite9e0be6e7]

salut , quand une fusée atteint la vitesse de la lumiere , le temps de la fusée s'arrete donc son moteur devient figée on peut dire s'arrete , on ne peut pas consomer d'energie si le moteur s'arrete .

ton raisonnement est faux, la fusée ne peut pas atteindre la vitesse de la lumière.

[doul11]

Bonsoir,

de plus le temps propre de la fusé ne change pas, c'est vu depuis un autre référentiel que le temps est dilaté.

[bel23]

pour résumer, quand on a un impact entre deux électrons dans un collisionneur, on a de l'énergie fournie par le collisionneur et un impact à la vitesse de la lumière, (je ne sais pas si chaque électron va à une vitesse proche de la lumière ce qui voudrait dire que l'on va à 2x la vitesse de la lumière puisqu'ils se rencontrent) ... donc on a bien les conditions citées dans mon premier message, la matière est crée à la vitesse de la lumière et avec de l'énergie apportée ..... ???

[Deedee81]

Salut,

donc on peut dire que c'est une partie de l'énergie fournie pour la collision (par le collisionneur) qui est transformée en particules ?

Oui.

mais les photons sont ils vraiment des particules comme les autres ....

Oui. Mais ça mérite quelques approfondissements.

Chaque particule a des propriétés particulières : masse, charges, spin, etc....

Le spin en particulier (l'équivalent quantique des rotations) a un grand rôle car il est quantifié et on peut classer les particules dans deux groupes : les particules de spin demi-entier (1/2, 3/2), comme l'électron, le proton, le neutron, le neutrino,.... (parfois appelées particules de matière) qui sont des fermions. Elles obéissent à la statistique de Fermi-Dirac (dont le principe d'exclusion : impossible de mettre deux fermions identiques exactement dans le même état quantique, ce qui garantit la stabilité des atomes : sinon tous les électrons tomberaient dans l'état d'énergie la plus basse et il n'y aurait presque pas de différences entre chaque atome et aucune propriété chimique).

L'autre groupe ont des spins entier : 0, 1, 2,... comme le photon, le gluon, les pions (mésons pi), (et l'hypothétique graviton),... (parfois appelés particules vecteurs ou vecteurs de force, appelation imparfaite car l'hélium 4 est aussi un boson et il ne transmet aucune force). Ce sont des bosons qui obéissent à la statistique de Bose-Einstein. Ces particules ont tendance à être grégaires : si N particules sont dans le même état, la probabilité d'en mettre une de plus est d'autant plus grande que N est grand. Cela leur donne des effets collectifs parfois impressionant (comme l'hélium 4 superfluide, ou comme le laser. Pensons aussi aux supraconducteurs et aux condensats de Bose-Einstein).

A noter que ce lien entre spin et comportement statistique (théorème spin-statistique) fait intervenir de manière profonde la relativité et la mécanique quantique. Elle est curieusement difficile à vulgariser. Même Feynman le génie de la pédagogie fait l'impasse sur ça dans son cours de mécanique quantique.

Revenons au photon. Il est assez particulier pour trois raisons :
- C'est un boson (contrairement aux particules de matière qui sont des fermions)
- Il a une masse propre égale à 0, ce qui en vertu de la relativité lui confère des aspects spéciaux (par exemple, il n'existe jamais au repos). Mais ce n'est pas le seul (il y a le graviton, s'il existe, et le gluon)
- il ne porte aucune charge mais est le vecteur de l'interaction entre charges électriques.

On peut donc dire que c'est une particule assez particul... ière Fort différente des particules de matière.

Mais en soit, chaque particule est unique. Avec ses propriétés. Et toutes, y compris le photon, sont décrites par les mêmes lois : celles de la mécanique quantique (relativiste). En particulier les états quantiques, leurs superpositions, les règles de commutation des grandeurs conjuguées (qui conduisent, entre autre chose, aux relations d'indétermination de Heisenberg). Etc... etc... Et l'ensemble des particules, photons inclus, se classe de manière structurée suivant des règles de symétries bien précises (même si tout n'est pas encore éclairci).

Toute la théorie indique donc que le photon est une particule comme les autres, compte tenu de ses propriétés. Et expérimentalement aussi. L'électrodynamique quantique (la théorie quantique de l'électromagnétisme = photons + particules chargées électriquement) est même la théorie la mieux vérifiée de tous les temps par l'expérience (par exemple, le calcul et la mesure du moment magnétique anomal de l'électron, vérifié à, si ma mémoire ne me trompe pas, six décimales).

[bel23]

merci
combien y'a t'il de particules élémentaires connues pour l'instant ?

Comment explique t-on que cette énergie que l'on trouve dans les particules reste en état de particule, j'imaginais personnellement que cette énergie était bloquée dans des petites dimensions (dimensions aux propriétés différentes selon le type de particule) et qu'une fois remplies d'énergies elle entraient en interaction les unes par rapport aux autres (forces) ...

[Deedee81]

combien y'a t'il de particules élémentaires connues pour l'instant ?

Ca dépend comment on les comptes

Si on ne compte pas les particules d'anti-matière, si on compte les générations, en ajoutant le graviton (hypothétique) et le Higgs (plausible mais pas encore détecté) : 18.

Voir aussi :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Particu...%C3%A9mentaire

A noter que le proton n'est pas une particule élémentaire (il est composé de quarks et de gluons).

Comment explique t-on que cette énergie que l'on trouve dans les particules reste en état de particule, j'imaginais personnellement que cette énergie était bloquée dans des petites dimensions (dimensions aux propriétés différentes selon le type de particule) et qu'une fois remplies d'énergies elle entraient en interaction les unes par rapport aux autres (forces) ...

Je reviendrai là dessus si j'ai le temps (réunion).
A+

[invite8cc8b94d]

(je ne sais pas si chaque électron va à une vitesse proche de la lumière ce qui voudrait dire que l'on va à 2x la vitesse de la lumière puisqu'ils se rencontrent

C'est inexact,
disons que dans la vie de tout les jours, si tu envoies deux voitures l'un contre l'autre a 100km/h, chaque conducteur aura l'impression de heurter une voiture fixe a 200km/h, ceci est très bien décrit par la théorie galiléenne( voir loi d'additivité des vitesse, transfo de Galilée)

Mais, dès lors que tu approches de la vitesse de la lumière, ça ne marche plus comme ça, il faut utiliser la théorie de la relativité restreinte, et les transformation de Lorentz. Elle établie clairement que c est une valeur asymptotique des vitesses.
donc 2 électrons lancés l'un contre l'autre a 90% de la vitesse de la lumière ça ne les fera pas aller plus vite que c. Dans chaque référentiel d'électrons, tu verra l'autre arriver nécessairement moins vite que c.

lazar

[Deedee81]

Comment explique t-on que cette énergie que l'on trouve dans les particules reste en état de particule

L'énergie d'une particule, on peut la classer en trois parties.

- Son énergie cinétique : c'est-à-dire l'énergie associée à son mouvement (classiquement 1/2 * masse * vitesse², fois gamma pour la relativité).

Il est clair que cette énergie n'a rien à voir avec le fait que la particule est une particule ou reste une particule.

- Les énergies potentielles de liaison. Ca traduit le fait que deux parties de la particule peuvent être reliées par une interaction (par exemple, l'attraction électrique entre charges opposées).

Cela ne concerne que les particules composites (atome, proton,...)

Là aussi il est clair que cette énergie ne va pas se dissiper. Et pour cause : cette énergie est négative !!!! C'est pour ça que la particule est stable et ne se brise pas toute seule. Il faut fournir de l'énergie (par exemple avec de l'énergie cinétique et une collision) pour la casser.

Intuitivement : suffit de pousser assez fort sur les composantes pour les séparer.

- L'énergie propre = énergie de masse (mc²). On n'en connait pas bien l'origine de la masse mais on pense qu'elle est liée au Higgs. Cette énergie ne serait rien d'autre qu'une énergie d'interaction (comme ci-dessus, mais positive, ce n'est pas un état lié) avec le Higgs.

Si cette énergie est suffisante la particule peut se désintégrer spontanément. Par exemple, un neutron se transforme en proton, électron et antineutrino (désintégration bêta).

Reste un truc à expliquer : comment des particules peuvent disparaitre ou apparaitre, juste comme ça (indépendamment de l'aspect énergie qui est juste une quantité conservée associée à l'état des particules).

Tu peux voir les particules comme les excitations d'un champ. Par exemple le champ électromagnétique. Ses excitations (ses "vibrations") correspondent à des états particules : les photons. C'est comme ça que ça marche en théorie quantique des champs (sans entrer dans les détails techniques, nombreux et difficiles).

Dans ce cas, il est clair que des particules peuvent être créées, transformées, détruites : ce sont juste des excitations des champs qui apparaissent, disparraissent, interagissent ensembles,....

La seule règle : il faut que certaines grandeurs soient conservées, par exemple l'énergie et cela est dû à des propriétés de symétrie (pour l'énergie, c'est l'invariance des lois physiques sous les translations dans le temps).

j'imaginais personnellement que cette énergie était bloquée dans des petites dimensions (dimensions aux propriétés différentes selon le type de particule) et qu'une fois remplies d'énergies elle entraient en interaction les unes par rapport aux autres (forces) ...

Quelle drole d'idée

[bel23]

merci,
mon idée a été influencée par l'idée que la théorie des cordes véhicule selon certains, sur l'existence de petites dimensions supplémentaires et qui seraient minuscules ...

sinon un champ, c'est pour moi assez abstrait ... :/

[Deedee81]

Salut,

sinon un champ, c'est pour moi assez abstrait ... :/

C'est très simple en fait. C'est une grandeur physique (quelconque) qui prend une valeur en chaque point.

Exemples : le champ de température : en chaque point il y a une température. Le champ de vitesse dans une rivière, en chaque point l'eau a une vitesse (grandeur er direction).

Les valeurs du champ peuvent être scalaires (un nombre, comme la température), vectorielle (comme les vitesses, comme les champs électriques et magnétiques), tensorielle (comme le champ gravitationnel ou comme les contraintes mécaniques dans un matériau), spinorielle (comme le champ électronique).

[bel23]

ok, mais je trouve ça un peu abstrait, mathématique, l'idée de la vibration d'un champ .... j'ai l'impression qu'on dit que l'univers à des propriétés qui découlent des propriétés de l'univers ....

une dernière question (j'en ai beaucoup mais je pense que ça fait déjà pas mal) que je me pose, les photons sont bien des particules qui voyagent justement à la vitesse de la lumière ? donc lorsque 2 photons se rencontrent pourquoi n'y a t'il pas création de particules...?

[Deedee81]

ok, mais je trouve ça un peu abstrait, mathématique, l'idée de la vibration d'un champ .... j'ai l'impression qu'on dit que l'univers à des propriétés qui découlent des propriétés de l'univers ....

Tu sais, quand on considère le champ de pression, le son n'est jamais qu'une vibration de l'air c'est-à-dire une variation périodique dans l'espace et le temps de la pression. Ca n'a absolument rien d'abstrait.

Il en est de même des autres champs.

par contre, il faut bien quantifier tout ça, avec des équations (pour un champ classique c'est typiquement une équation d'onde) et ça peut parraitre un tantinet abstrait.

Mais il ne faut jamais oublier que derrière cette abstration il y a des liens avec la physique, c'est-à-dire avec la mesure, les expériences, etc.... et que ce n'est qu'une image de quelque chose de bien concret.

les photons sont bien des particules qui voyagent justement à la vitesse de la lumière ?

Oui

donc lorsque 2 photons se rencontrent pourquoi n'y a t'il pas création de particules...?

Ca peut arriver.

Mais la section efficace photon - photon (c'est une notion qui traduit en quelque sorte, grossièrement, la probabilité que les deux particules se heurtent) est extrêmement faible.

La diffusion photon - photon a déjà été observée, mesurée, etc....

La production de paires de particules dans un tel processus ou par champ électrique intense ou par un photon dans un champ magnétique est prévue par la théorie mais j'ignore si cela a déjà été observé. Peut-être en astrophysique pour le dernier cas ???

[bel23]

ok merci