Quantification du champ électro-magnétique

[Floris]

Bonjour,

Bon alors peut être ma question va paraître idiote ou digne de celui qui n'a riens compris mais bon

Lorsque j'émet une onde électromagnétique de fréquence f, je mesure que l'énergie de mon onde est un multiple entier de hf, n'est ce pas ?

Plus j'augmente la puissance de la source, plus je m'aperçois que l'énergie que je mesure fais augmenter ce multiple.

Fais-je erreur?

On entend dire par ci par là que le photon est le boson vecteur de l'interaction électromagnétique.

La question que je me pose c'est, ou est le photon lorsque j'ai une source de champ électrique statique ou un un champ magnétique issu d'un aiment? Je crois que ma question indique sans doute mon incompréhension de cette histoire de boson, c'est pourquoi je fais appel à vous.

Merci d'avance
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[coussin]

C'est pas du tout stupide comme question
Une source de champ EM statique émet des photons de fréquence nulle. C'est un truc « bizarre » ces photons de fréquence nulle, qui s'approche à mon avis de la limite même de la notion de photons. Qui dit fréquence nulle dit longueur d'onde infinie. Ça traduit à mon sens du fait qu'il n'y a pas de propagation à proprement dite.

Cette notion vient bien évidemment du concept de prendre un photon de fréquence non nulle, dont on sait à peu près ce qu'il représente, et de prendre la limite

[vaincent]

Une source de champ EM statique émet des photons de fréquence nulle. C'est un truc « bizarre » ces photons de fréquence nulle, qui s'approche à mon avis de la limite même de la notion de photons. Qui dit fréquence nulle dit longueur d'onde infinie. Ça traduit à mon sens du fait qu'il n'y a pas de propagation à proprement dite

Salut,


tu peux préciser stp ?! ça ne me dit rien du tout cette histoire...

[Deedee81]

Salut,

Faisons plus simple.

La situation que tu donnais au début, émission d'une onde électromagnétique, correspond à un flux de photons dans un sens donné.

Le champ électrostatique entre deux charges électriques correspond à un échange, dans les deux sens, de photons (que l'on dit virtuel, disons en gros : parcequ'on ne les observe pas directement, ils sont émis puis absorbés par les deux charges).

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour.
Les ondes et les particules (photons) sont deux modèles distincts d'expliquer certains phénomènes.
Soit vous utilisez un modèle soit l'autre. Mais pas les deux en même temps et on ne le mélange pas.
Soit vous dites "j'émets une onde électromagnétique", soit vous dites "j'émets des photons".
Mais vous ne mélangez pas les deux modèles.

Dans un aimant vous n'avez ni une onde EM ni des photons. Vous avez un simple champ magnétique statique.

Pour ce qui est de
" le photon est le boson vecteur de l'interaction électromagnétique"
Il ne s'agit pas des "mêmes" photons. Il s'agit des photons virtuels de l'électrodynamique quantique qui ont des propriétés différentes de celles des simples photons "hf". Ce sont des "choses" appelées aussi "photons" qui ont une phase et s'additionnent comme les ondes (en tenant compte de la phase) et dont le module au carré donne la densité de probabilité de trouver une particule. Et quand on calcule l'interaction avec ces "photons" il faut faire la somme de tous les photons virtuels que les particules peuvent échanger. Et cette somme à la sale habitude de tendre vers l'infini.

Pour un phénomène donné, on choisit le modèle le plus adapté. On n'explique pas le fonctionnement d'une antenne, la diffraction, les interférences ou la réfraction avec des photons, pas plus qu'on n'explique l'effet photoélectrique ou le spectre atomique avec des ondes EM.
Au revoir.

[invite4ff2f180]

Bonjour,

Mais vous ne mélangez pas les deux modèles.

Je ne serai pas aussi affirmatif. En théorie quantique des champs, on tente justement de rassembler les deux concepts. On a des champs (et donc on peut construire un champ qui correspond au champ électrique ou magnétique en particulier) et on a aussi des photons, qui sont interprétés comme les excitations élémentaires de ce champ quantique.
Maintenant, ces champs quantiques ont bien sûr des propriétés très différentes des champs classiques, sur ce point je suis d'accord, et vous parlez peut-être implicitement de champs classiques.

" le photon est le boson vecteur de l'interaction électromagnétique"
Il ne s'agit pas des "mêmes" photons. Il s'agit des photons virtuels de l'électrodynamique quantique qui ont des propriétés différentes de celles des simples photons "hf".

Un boson est une particule "réelle", j'entends par là détectable, mesurable. Les particules virtuelles n'ont rien de fondamentales et ne sont introduites qu'à la main pour des raisons techniques de calculs (en particulier la théorie des perturbations).

Cordialement,

[Floris]

Bonjour,

Merci pour vos réponses. La question qui se pose est, si j'ai un champ magnétique ou électrique statique, comment puis-je m’apercevoir que celui ci est quantifié ? Question peut être bête mais...

[Floris]

Autre chose aussi, je en vois pas ou est le problème. Si j'émet une onde électromagnétique, avec un émetteur de radio par exemple, alors si je fais une mesure, je peut m’apercevoir que l'énergie que je vais récupérer sur une antenne de réception communiquera une énergie égale à k*h*f avec k qui est un entier, fais je erreur?

[LPFR]

Autre chose aussi, je en vois pas ou est le problème. Si j'émet une onde électromagnétique, avec un émetteur de radio par exemple, alors si je fais une mesure, je peut m’apercevoir que l'énergie que je vais récupérer sur une antenne de réception communiquera une énergie égale à k*h*f avec k qui est un entier, fais je erreur?

Re.
Oui. Vous faites erreur.
Même théoriquement, avec des antennes, la manip est impossible. Une antenne émettrice n'émet pas dans une seule direction et une antenne réceptrice réémet une partie de ce qu'elle reçoit.
Et en pratique, l'énergie correspondante aux photons de basse fréquence est ridiculement petite. Elle sera noyée dans le bruit.

C'est comme si vous essayiez de montrer que la charge électrique d'un condensateur est un multiple entier de la charge électronique.

@Mixoo:
- Je ne pense pas que les préoccupations actuelles de Floris concernent la théorie quantique de champs.
- Je n'ai pas dit que les bosons étaient virtuels. J'ai dit que les photons vecteurs de l'interaction électromagnétique sont virtuels.
A+

[Floris]

Pourriez vous me dire en quoi fais je erreur en écrivant k*h*f ?

[coussin]

tu peux préciser stp ?! ça ne me dit rien du tout cette histoire...

Je n'ai rien fait d'autre que de dire qu'une source statique c'est une source qui oscille avec une fréquence nulle (une fréquence infiniment petite si on veut…).
Tu connais sûrement la polarisabilité dynamique . Bah la polarisabilité statique c'est .
Quand on a une propriété dynamique, sa contrepartie statique c'est de prendre la limite . Il en va de même pour les photons

[LPFR]

Pourriez vous me dire en quoi fais je erreur en écrivant k*h*f ?

Re.
L'antenne de réception ne récupère pas des photons mais une puissance continue et non quantifiée.
A+

[Floris]

Re.
L'antenne de réception ne récupère pas des photons mais une puissance continue et non quantifiée.
A+

Pourquoi? En quoi l'énergie que je vais récupérer ne sera pas en fonction de k*h*f ?

Je pourrai très bien faire cette expérience avec une source de lumière monochromatique sa ne change riens au problème il me semble. En fait j'aimerai rester en dehors des considération ou "moyens" qui limite l'expérience si vous voyez ce que je veux dire.

[LPFR]

Re.
J'ai dit ce que j'avais à dire dans le message #5.
A+

[invite9f80122c]

Pourquoi? En quoi l'énergie que je vais récupérer ne sera pas en fonction de k*h*f ?

Je pourrai très bien faire cette expérience avec une source de lumière monochromatique sa ne change riens au problème il me semble. En fait j'aimerai rester en dehors des considération ou "moyens" qui limite l'expérience si vous voyez ce que je veux dire.

L'énergie que tu vas récupérer devra être calculée en fonction de la théorie des champs EM. Donc fonction du champ EM mesuré.

Par définition et par Fourier ce champ est une somme de fréquence élémentaires. Si tu envoyes une source monochromatique, tu ne percevras qu'une seule fréquence en effet (hors perturbations duent au trajet évidemment).

Cependant pour quantifier cette énergie, tu dois aussi tenir compte de ton récepteur et le quantifier lui aussi, sinon ça n'a plus de sens. Dans ce cas tu auras un photon interagissant avec un électron de ton récepteur, et l'énergie de ce photon sera un multiple entier de l'énergie de base de la forme E = nhf. Dans ce cas tu parles de fonctions d'onde d'une particule et non plus d'ondes électromagnétiques.

Mais je pense que tu peux toujours quantifier cette énergie EM en considérant qu'elle est le résultat d'une superposition de fonctions d'ondes de photons dont l'énergie est quantifiée. Donc à priori oui tu peux le faire mais ça ne signifie pas grand chose. Tu dois pour cela considérer que ton onde EM émise est en fait une superposition de fonction d'onde de photons élémentaires, dont certains vont interagir avec le récepteur et lui communiquer chacun une énergie E = hf.

Enfin je crois ..., cherche mesure de h sur google, il y a une expérience toute simple pour déterminer la constante de planck qui utilise cette notion.

[Floris]

Dans ce cas tu auras un photon interagissant avec un électron de ton récepteur, et l'énergie de ce photon sera un multiple entier de l'énergie de base de la forme E = nhf. Dans ce cas tu parles de fonctions d'onde d'une particule et non plus d'ondes électromagnétiques.

Bonjour. Merci de ton message. Je me permet la remarque suivante: n désigne le nombre de photon. E=nhf exprimé l'énergie fournis par tout les photons de même fréquence.

Mais je pense que tu peux toujours quantifier cette énergie EM en considérant qu'elle est le résultat d'une superposition de fonctions d'ondes de photons dont l'énergie est quantifiée. Donc à priori oui tu peux le faire mais ça ne signifie pas grand chose. Tu dois pour cela considérer que ton onde EM émise est en fait une superposition de fonction d'onde de photons élémentaires, dont certains vont interagir avec le récepteur et lui communiquer chacun une énergie E = hf.

Ici il est mieux qu'on reste dans un contexte monochromatique pour ne pas compliquer le problème. Mais effectivement ci ce n'étais pas le cas la transformée de Fourier nous permettrais de déterminer les fréquences élémentaire, c'est ça que tu veux dire?

Enfin, de façon classique, (excusez moi ma question va paraître digne du débutant peut étre mais bon) comment est exprimé l'énergie d'une onde EM de fréquence f ?

Merci

[vaincent]

Je n'ai rien fait d'autre que de dire qu'une source statique c'est une source qui oscille avec une fréquence nulle (une fréquence infiniment petite si on veut…).
Tu connais sûrement la polarisabilité dynamique . Bah la polarisabilité statique c'est .
Quand on a une propriété dynamique, sa contrepartie statique c'est de prendre la limite . Il en va de même pour les photons

Tu dis qu'une source de champs EM statique émet des photons de fréquence nulle, et ce en te basant sur la notion de polarisabilité statique d'un atome(déjà je ne vois pas le lien, mais admettons)
Si on considère uniquement une charge ponctuelle et au repos, je vois mal comment la polarisabilité viendrait expliquer de quelconques photons de fréquences nulle.

[coussin]

Houla… Oublie mon histoire de polarisabilité alors
C'était juste pour illustrer le mécanisme dynamique->statique.

Considérons alors une charge ponctuelle, oscillant à la fréquence omega. Cette charge oscillant émet des photons à la fréquence omega. Prends omega->0 pour retrouver le charge au repos. C'est tout, y a vraiment rien de révolutionnaire

[Floris]

Bonjour,

Imaginons un champ électrique, comment puis-je m’apercevoir que celui ci est quantifié ?

Pardonnez moi si cette question vous semble digne de l'amateur

[invite9f80122c]

C'est un peu plus compliqué.

Tout d'abord la quantification c'est un procédé mathématique. Quantifier un champ électromagnétique revient à utiliser la QED (Quantum electro Dynamic) ou l'électrodynamique, unification de la force faible et de l'électromagnétisme.

Si on fait l'expérience des fentes de Young on constate des interférences donc les photons sont bien des ondes. (ça marche aussi avec des électrons). Cependant ces mêmes photons peuvent aussi être détectés comme des particules ponctuelles, tout comme les électrons. Tout dépend de l'expérience et des détecteurs. Par exemple en QED on a des réactions où des particules interviennent. En mécanique quantique on quantifie l'énergie en multiples entiers d'une valeur de base. Les électrons sont des particules et ne peuvent occuper que certaines orbitales à des niveaux d'énergies quantifiés (certaines valeur de E et pas d'autres), de plus on parle de densité de présence d'électrons sur ces orbitales ce qui fait que ce sont des ondes.

Pour résumer, l'EM s'occupe principalement du côté ondulatoire des choses, en quantifiant tu tombes sur d'autres théories, plus adaptées. Le mystère réside dans le fait que toute particule a un comportement ondulatoire et vice versa (dépend des conditions) ce qui est intrinsèquement contradictoire.

[Floris]

Merci,

ça de ce coté là pas de problème.

Mais je me demande, comment expérimentalement, puis-je m'apercevoir que le champ électrique, ou magnétique est quantifié?

[invite9f80122c]

Comme je l'ai dit. Tu dois observer des réactions impliquant des particules.
Tu peux aussi mesurer h, la constante de Planck à l'aide d'un circuit simple en utilisant la relation E = hf. Mais tu ne l'observeras pas directement c'est une conséquence de la théorie.

Effectue une expérience des fentes de Young avec des électrons, tu verras ces derniers apparaître sur l'écran de fond l'un après l'autre. Si tu recommences l'expérience ils apparaîtront dans un ordre différent, mais dans tous les cas après un nombre élevé d'électrons ils formeront une figure d'interférence. Donc onde et particule à la fois. Evidemment il faut un appareillage adéquat

Quantifier le champs EM implique de développer un autre cadre théorique. Car à part dire que l'énergie de ton champ est une somme de photons dont l'énergie est E=hf donc une énergie totale pour un champ monochromatique E=nhf, un multiple de l'énergie fondamentale, tu ne peux pas faire grand chose.

[Floris]

Tu peux aussi mesurer h, la constante de Planck à l'aide d'un circuit simple en utilisant la relation E = hf. Mais tu ne l'observeras pas directement c'est une conséquence de la théorie.

Bonjour,
je dirais plutôt le contraire. On peut trouver h directement expérimentalement. C'est plutôt cette constante qui est à la base de la théorie construit là dessus.

[Floris]

Bonjour, juste une petites question. Es ce que c'est dit "photon virtuel" son assujetti à réduction du paquet d'onde?

[LPFR]

Bonjour, juste une petites question. Es ce que c'est dit "photon virtuel" son assujetti à réduction du paquet d'onde?

Bonjour.
Vous ne pouvez pas mesurer un photon virtuel ni rien d'autre de virtuel.
Donc, la question ne se pose pas.
Au revoir.

[Floris]

les photon "vurtuel" c'est un concept hadoc non?

[LPFR]

les photon "vurtuel" c'est un concept hadoc non?

Bonjour.
Pas vraiment.
Je vous conseille de lire le petit bouquin de divulgation de Feynman:
Lumière et Matière.
S'il ne vous plait pas, vous ne vous serez pas ruiné.
Au revoir.