Effet doppler relativiste et création e+/e-

[invite9e0be6e7]

Bonjour,

j'me pose une question, en imaginant un photon émis depuis un labo dans une longueur d'onde du visible, serait-il possible dans un référentiel assez rapide par rapport au référentiel d’où le photon est émis, que ce photon ai une longueur d'onde suffisamment petite pour avoir l’énergie nécessaire à la création d'une paire électron/positron?? Ça m'étonnerait que ce soit possible parce que dans le référentiel du labo, ce photon n'aurait pas l’énergie suffisant pour créer cette paire. Ou est donc l'erreur? il y a diminution de la longueur d'onde sans augmentation de l’énergie??? Merci d'éclairer ma lanterne
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[invite9f80122c]

Ton référentiel assez rapide contiendrait cette énergie.

C'est le principe des accélérateurs de particules, on en accélère dans les deux sens et on fait se croiser les rayons, ce qui permet d'avoir une énergie totale de collision égale à la somme des énergies des deux rayons et donc de créer tout un tas de particules diverses et variées lors de ces collisions.

Dans ton exemple tu émets ton photon et tu le bombardes avec autre chose se propageant en direction inverse et d'énergie suffisante pour créer ce que tu veux.

[invite9e0be6e7]

j'crois qu'il n'est pas nécessaire de faire collisionner le photon s'il est assez énergétique pour créer une paire.

[Deedee81]

Salut,

j'crois qu'il n'est pas nécessaire de faire collisionner le photon s'il est assez énergétique pour créer une paire.

Si, c'est nécessaire. Il est impossible d'avoir une transformation "photon => paire" tout en conservant à la fois l'énergie et la quantité de mouvement. Il faut forcément une autre particule pour la balance. Ce peut être une particule, un atome ou même un autre photon (ce qui se voit plus facilement dans la réaction inverse : paire => deux photons).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

Il y a une bonne raison "philosophique" à cela : l'énergie d'un photon n'est pas intrinsèque au photon. Un photon a n'importe quelle énergie. Ou plutôt, pas d'énergie au sens "pas une énergie intrinsèque".

La seule "énergie" qui ait un sens absolu et pertinente pour le sujet, et qui donc peut être comparée à un seuil pour créer une paire, c'est l'énergie mutuelle de deux particules, un photon et autre chose. Cette énergie mutuelle est indépendante du référentiel, et c'est celle-ci qu'on peut comparer à 2mc².

Qu'il y ait un problème avec la conservation de l'énergie et celle de la q.m. est juste l'aspect "calculatoire" de la question conceptuelle.

[Deedee81]

Qu'il y ait un problème avec la conservation de l'énergie et celle de la q.m. est juste l'aspect "calculatoire" de la question conceptuelle.

Tu as raison. J'y ait pensé après. Et je trouve que c'est une bonne raison physique, pas seulement philosophique.

Ca permet un petit raisonnement amusant :

Supposons qu'il suffit que le photon ait suffisament d'énergie pour se transformer en paire, spontanément (sans intervention d'une "cible" ou d'une particule tiers).

Cela veut dire que dans un référentiel où le photon a suffisament d'énergie (en se déplaçant rapidement vers la source) on verrait des transformations spontanée.

Mais ! Cette transformation est par elle-même invariante : si elle se produit pour un observateur elle se produit pour tous. On verrait donc aussi des photons de faible énergie se transformer spontanément en paires.

Mais cela est faux, pour deux raisons (à la fois expérimentales et théoriques) :
- le photon est stable
- il y aurait clairement violation de la conservation de l'énergie (l'énergie du photon étant plus faible que l'énergie de la paire)

Il y a clairement une erreur quelque part dans le raisonnement et celle-ci ne peut être que dans la premlière phrase("Supposons qu'il suffit ...").

[Amanuensis]

Si on applique l'idée au cas d'une création de paire, on voit qu'on peut l'interpréter de deux points de vue distincts :

- un photon de haute énergie rencontre une particule immobile et le photon est "matérialisé en une paire", sans changer la particule sauf peut-être en modifiant sa vitesse.

- une particule très rapide interagit avec un photon de très faible énergie. Ce dernier disparaît laissant place à une paire d'énergie de masse très supérieure à l'énergie du photon, et sans changer la particule (mais en la ralentissant).

Clairement dans le second cas il n'est pas valide de dire que l'énergie du photon a été matérialisée, ni même que le photon a été matérialisé. Dans le second cas, c'est l'énergie cinétique de la particule qui est matérialisée au contact du photon (qui disparaît).

Par conséquence, comme on parle d'un unique phénomène, la première description n'est pas valide non plus. La seule valide est celle qui ne parle pas de l'énergie du photon, mais seulement de l'énergie mutuelle du photon et de la particule. C'est cela qui se matérialise, pas le photon.

[invite9e0be6e7]

merci bien pour toutes ces informations, j'y vois plus clair, j'me disais bien qu'il y avait un problème dans mon raisonnement

[Deedee81]

Par conséquence, ...

C'est dix fois mieux que mon raisonnement par l'absurde.