Les photons

[invite0b5e3f9d]

Bon soir

En langage corpusculaire, est-ce que la couleur de la lumière intéresse un groupe de photons, ou est-ce qu'on peut parler de la couleur d'un seul photon?

Merci
-----

[doul11]

Bonjour,

C'est pas "corpusculaire" mais plutôt ondulatoire puisque la "couleur" d'un photon c'est son énergie, ou bien sa fréquence, on encore sa longueur d'onde car : .

[LPFR]

Bonjour.
La couleur est une sensation physiologique. Et un seul photon ne produit pas cette sensation.
Un photon a une énergie et l'onde associée au photon a une longueur d'onde donnée par la formule de doul11.
On peut éventuellement parler de la couleur de l'onde associée au photon, mais certainement pas de couleur du photon.
Au revoir.

[invite0b5e3f9d]

envoyé par LPFR:
La couleur est une sensation ......

Salut
Merci pour vos questions. Elles sont ingénieuses.
Je remercie aussi doul11

Parler de la couleur d'un photon, c'est bien entendu un abus de langage, comme vous l'avez précisé.
La formule E=hv donne l'énergie d'un photon dans une lumière de couleur donnée (dans une onde monochromatique de fréquence v donnée).
Donc à la différence d'énergie entre photons correspond la différence de couleur entre différentes lumières.
Or il y a une infinité de fréquences, donc une infinité d'énergies pour les photons.
Question: quelle est la fréquence qui correspond au photon gamma?

Merci

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

C'est une gamme de fréquence…
http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrum

[invite0b5e3f9d]

Bon soir

1) le photon n'est pas une particule matérielle. Alors pourquoi est-il en mouvement?
2) puisqu'il n'est pas matériel, pourquoi lui applique-t-on la formule E= mc² ?

Au revoir

[Castitatis]

bonsoir,

1) faudrait que tu définisses ce que tu entends par matériel
2) E=mc² ne s'applique pas au photon, c'est E=hf pour le photon

[invitef17c7c8d]

Le photon est une particule et une onde.
Si tu prends les deux équations de De Broglie:
E=hf et p=hk
Tu as l'aspect corpusculaire (énergie E et quantité de mouvement (ou impulsion) p) qui est relié à l'aspect ondulatoire(fréquence et longueur d'onde (ou nombre d'onde)) par la constante de Planck.

Ces deux formules s'appliquent aussi bien aux photons qu'aux protons (on parle alors d' ondes matérielles).

[b@z66]

Bon soir

1) le photon n'est pas une particule matérielle. Alors pourquoi est-il en mouvement?
2) puisqu'il n'est pas matériel, pourquoi lui applique-t-on la formule E= mc² ?

Au revoir

On peut lui appliquer la formule E=gamma.mc² mais cela conduit à une indétermination mathématique(0/0). L'intérêt d'appliquer cette formule au photon est donc très limité: il faut aller chercher ailleurs pour trouver la formule qui convienne.

[doul11]

Bonsoir,

1) le photon n'est pas une particule matérielle. Alors pourquoi est-il en mouvement?
2) puisqu'il n'est pas matériel, pourquoi lui applique-t-on la formule E= mc² ?

Il faut démystifier le photon ! c'est une particule (quantique) comme les autres, être en mouvement il ne "sait" que faire ça puisque il a une masse nulle et que sa vitesse dans me vide est 'c', il n'est jamais au repos. En ce qui concerne l'énergie la formule plus générale retenir c'est : , pour une particule massive au repos (p=0) on retrouve la célèbre , mais pour une particule de masse nulle (m=0) on a : que l'on peut relier a . Toujours a propos de l'énergie il faut dire que c'est une valeur relativiste, c'est a dire que l'énergie d'un photon n'a des sens que dans un référentiel donné, ça ne peut pas être absolu, ou par rapport au photon lui-même : n'étant jamais au repos il n'y a pas de référentiel 'photon'.

[invite0b5e3f9d]

Envoyé par Doul11: en ce qui concerne l'énergie la formule plus générale retenir.....

Salut

Je pense que la formule E² = p²c² + m²c4 s'applique aux particules qui ont une masse et non aux bosons? De même la formule de De Broglie ne peut être appliquée qu'aux particules matérielles? Bien entendu il y a des exceptions où l'on fait confiance à des approximations.

[invite0b5e3f9d]

Envoyé par Castitatis: il faudrait que tu définisses ce que tu entends par matériel....

Salut

Une particule matérielle possède une masse au repos. Selon le model standard des particules, une particule matérielle est un fermion (alors que le photon est un boson et il n'a pas de masse au repos).
Intuitivement le mouvement n'a de sens physique que lorsqu'on parle d'un corps matériel. En imaginant un photon en mouvement, on le confond avec une particule matérielle.

[Castitatis]

Je trouve la définition de la matière que tu donnes est assez ambigüe, parce qu'il semblerait qu'à hautes énergies, les particules n'aient pas de masse, donc elles ne seraient pas matière? Aussi deux quarks qui sont des fermions peuvent former un méson, qui est un boson.

En imaginant un photon en mouvement, on le confond avec une particule matérielle.

en même temps un photon en repos n'existe pas...

Je pense que la formule E² = p²c² + m²c4 s'applique aux particules qui ont une masse et non aux bosons?

je crois que ça s'applique aussi aux bosons massifs.

[Deedee81]

Salut,

je crois que ça s'applique aussi aux bosons massifs.

Je confirme.

A toute particule, quelle que soit sa masse ou son spin.

[Amanuensis]

je crois que ça s'applique aussi aux bosons massifs.

Et même aux balles de ping-pong.

La formule peut être vue comme la définition de la notion de masse dans le cadre des théories de la relativité.

[invite0b5e3f9d]

Envoyé par Castitatis: ....un méson, qui est un boson.

Salut

Le boson que j'ai évoqué précédement concerne le boson élémentaire (particule supposée insécable provisoirement).
Le mot boson s'applique également à des particules matérielles composites (comme le méson), si la somme des spins de leurs constituants élémentaires est un entier. Malgré qu'il s'appelle boson, le méson est constitué de fermions. Quant au boson élémentaire, il possède aussi un spin entier mais en plus il n'est pas un fermion. Il est le constituant de l'intéraction, tandis que le fermion est le constituant de base de la matière.

Au revoir

[Amanuensis]

il possède aussi un spin entier mais en plus il n'est pas un fermion.

Pas vraiment "en plus"... Difficile d'avoir un spin entier et être un fermion.

C'est "il possède aussi un spin entier et donc n'est pas un fermion", ou, plus vraisemblable comme intention, "il possède aussi un spin entier mais en plus n'est pas composé de fermions".

PS : Pour indiquer et citer le message auquel on répond, utiliser la commander "citer" sous le message auquel on répond.

[invite0b5e3f9d]

Envoyé par Amanuensis: Pas vraiment "en plus"... Difficile d'avoir un spin entier et être un fermion.

Bon soir

le méson "pi plus" est un boson car son spin total est 1/2+1/2=1. Pourtant il est contitué de deux fermions (la quark u et l'antiquark d). L'Hélium4 est un boson car son spin total est 2.1/2+2.1/2+2.1/2=3. Pourtant il est constitué de fermions: 2 protons, 2 neutrons et 2 électrons.
Les vrais bosons, que je considère comme étant entièrement différents des fermions, sont les bosons élémentaires (les constituants des interactions).

Merci pour l'indication de la commande.

[Amanuensis]

Les vrais bosons, que je considère comme étant entièrement différents des fermions, sont les bosons élémentaires (les constituants des interactions).

Le terme technique est "boson de jauge".

[invite0b5e3f9d]

Envoyé par Amanuensis: Le terme technique est "boson de jauge"

Bon jour


Oui, c'est le terme exact qu'il faudrait utiliser, merci.

Question:
est-ce qu'il existe une expérience de laboratoire (ou autre) qui montre que si l'on fait passer une lumière (par exemple un rayon laser) à travers un gaz, celui-ci modifie la fréquence de cette lumière?

[coussin]

Question:
est-ce qu'il existe une expérience de laboratoire (ou autre) qui montre que si l'on fait passer une lumière (par exemple un rayon laser) à travers un gaz, celui-ci modifie la fréquence de cette lumière?

D'abord, qu'es-ce qui te fait dire que c'est le cas ? À quoi penses-tu ?

Ensuite, bah c'est quand même le principe de la spectroscopie Mais j'appellerais pas ça une « modification de la fréquence de la lumière incidente »

[invite0b5e3f9d]

Envoyé par coussin:
D'abord, qu'es-ce qui te fait dire que c'est le cas ? À quoi penses-tu ?

Ensuite, bah c'est quand même le principe de la spectroscopie .......

Bon soir

Je pense à l'effet CREIL qui dit à peu près ça:
si une lumière chaude (provenant d'une galaxie lointaine) traverse un certain gaz intergalactique, ce passage change la fréquence de cette lumière, ce qui produit un décalage vers le rouge ou bien vers le bleu du spectre de cette galaxie. Cet effet n'est pas encore confermé par l'expérience, d'après ce que j'ai lu (Vous pouvez chercher l'effet CREIL dans l'internet pour en savoir plus).
Alors je cherche si en physique existe des expériences optiques travaillant dans ce genre d'interaction de la lumière avec la matière.

[coussin]

Envoyé par coussin:
(Vous pouvez chercher l'effet CREIL dans l'internet pour en savoir plus).

C'est fait et je suis loin d'être convaincu

[arrial]

Salut,


Onde et corpuscule sont indissociables : les attributs de l'onde sont donc aussi ceux du quantum [p = ħ.k = h.f/c ; E = ħ.ω = h.f].

Ensuite, examinons un flash pour appareil photo : ça éblouit bien ‼
Un flash de studio offre une puissance courante de 1600 joules, un tube à éclat tel ceux utilisés dans les stoboscopes de discothèques plafonne à 600 joules, tandis que les petits flashes de reportage sont munis de tubes d’une dizaine de joules. Cela nous donne un repère en énergie.

L'œil humain est le plus sensible vers le jaune-vert, soit 550 nm de longueur d'onde. Donc un photon y possède une énergie
E = 6,6E-34*3E8/550E-9 = 3,6E-19 J

Le seuil de perception d'une source lumineuse ponctuelle (à l'œil nu) est situé à 1E-18 W [http://fr.wikipedia.org/wiki/Perception ],
soit (5E-20 J)/(50 ms).
5E-20 J, ça représente 5E-20/3,6E-19 = 0,14 photons ‼

En substance :
t (ms) ↔ n photons
1 ↔ 0,0028
5 ↔ 0,014
10 ↔ 0,028
25 ↔ 0,07
50 ↔ 0,14
100 ↔ 0,28
500 ↔ 1,4

▼▼▼

En résumé, je ne me hasarderai pas à affirmer qu'on peut parler de la couleur d'un seul photon, surtout qu'on peut disposer d'appareils de mesure bien plus sensibles que l'œil humain ‼


@+

[invite0b5e3f9d]

résumé, je ne me hasarderai pas à affirmer qu'on peut parler de la couleur d'un seul photon......

Bon soir

parler de la couleur d'un photon est un abus de langage, mais un abus indispensable. En bref, dire qu'un photon possède une couleur C signifie que l'on considère un photon ayant une énergie que l'on peut calculer avec la formule E = hv, où v est la fréquence de la lumière qui possède la couleur C.

[mimo13]

Salut,

Je pense à l'effet CREIL qui dit à peu près ça:
si une lumière chaude (provenant d'une galaxie lointaine) traverse un certain gaz intergalactique, ce passage change la fréquence de cette lumière, ce qui produit un décalage vers le rouge ou bien vers le bleu du spectre de cette galaxie. Cet effet n'est pas encore confermé par l'expérience, d'après ce que j'ai lu (Vous pouvez chercher l'effet CREIL dans l'internet pour en savoir plus).
Alors je cherche si en physique existe des expériences optiques travaillant dans ce genre d'interaction de la lumière avec la matière.

Bon, il y a deux choses qu'il ne faut pas mélanger: L'effet Creil et le décalage vers le rouge (redshift).

Alors, l'effet Creil est un phénomène physique hypothétique qui décrit l'interaction entre deux ondes électromagnétiques, et qui d'ailleurs n'a jamais été vérifié expérimentalement d'autant plus qu'aucune revue scientifique "fiable" (que je sache) n'a publié cela...donc finalement il faudrait prendre ça avec précaution.

D'autres part, il y a le redshift qui est un phénomène astronomique qui traduit un décalage vers les grandes longueurs d'onde. Ce phénomène bien réel est "facilement" mesurable, puisque les raies spectrales des atomes sont pratiquement connues.
On peut l'interpréter comme un simple effet Doppler-Fizeau, mais actuellement, on sait que c'est un effet de la relativité générale qui découle directement de l'expansion de l'univers.

[Amanuensis]

parler de la couleur d'un photon est un abus de langage, mais un abus indispensable.

Totalement dispensable, au contraire. Les attributs d'un photon et le concept de couleur sont dans des registres très différents, et il est plus que souhaitable, si on donne une quelconque valeur à la clarté des concepts, de ne pas faire de confusion sur le sujet.

Les concepts sains sont : un photon a une énergie, une longueur d'onde, une quantité de mouvement, une fréquence (toutes proportionnelles entre elles), il n'a pas de couleur.

[Deedee81]

Salut,

Totalement dispensable, au contraire.

il y a souvent des abus de langage de ce genre. C'est comme parler de la température d'un photon. Hum.... Je trouve que ça n'entraine que des risques de confusions et je suis d'accord avec toi : on peut s'en passer. La température d'un gaz de photons, ça oui, c'est un concept macroscopique et donc là ça se tient.

Note qu'on utilise parfois le terme couleur comme synonyme de longueur d'onde dans le domaine visible ou comme synonyme de température (En astrophysique c'est courant ! Bon, je sais qu'on parle parfois de couleur chaude mais quand même ). Tant que l'on ne rapproche pas ça des aspects physiologiques, ça va ou tant que l'on se souvient qu'il y a une définition précise derrière. Mais autant éviter. Pourquoi se compliquer la vie ainsi (même si en astrophysique il y a une justification : ce qu'on observe c'est bien la couleur de l'étoile)

[Amanuensis]

Bon, je sais qu'on parle parfois de couleur chaude mais quand même ).

Au passage, c'est un exemple de source possible de confusion : les étoiles les plus chaudes sont de couleur froide (bleu), et les plus froides de couleur chaude (rouge)

[Deedee81]

Au passage, c'est un exemple de source possible de confusion : les étoiles les plus chaudes sont de couleur froide (bleu), et les plus froides de couleur chaude (rouge)

Ah oui, tiens, excellente remarque. Comme quoi.... La vie est une éternelle confusion