Comment sait on que le photon a une masse nulle?

[invite62e1e8a6]

Bonjour,

Je dois être à l'endroit parfait pour poser cette question. Je voudrais savoir les expériences et les résultats qui ont conduit a prouver que le photon n'a pas de masse. Hors ce paradoxe cité de wikipédia:

Le photon a une masse nulle. Pourtant, il semble exister un paradoxe concernant cette notion à l'égard du photon. Ainsi, selon l'équation E=hv(ou h est la constante de Planck et v la fréquence du rayon électromagnétique) qui permet de calculer l'énergie d'un photon, et selon l'équivalence entre l'énergie et la masse donnée par l'équation E=mc², on pourrait conclure a priori que le photon présente bien une masse non nulle. Selon cette idée, le photon ultraviolet étant plus énergétique que celui de la lumière visible il aurait ainsi une masse plus grande ! Mais l'équation E=mc² ne s'applique que dans un référentiel où la particule est au repos. Comme le photon a la vitesse c (la vitesse de la lumière dans le vide) dans tous les référentiels, il faut utiliser la forme plus générale de cette équation : E²=c²p²+m²c^4 , qui prend en compte la quantité de mouvement p. Cette équation admet une masse invariable nulle m = 0 à condition que E et p soient reliées par E = c•p, ce qui est bien le cas du photon ou de toute particule sans masse.

On part là du principe que, a priori, il n'a pas de masse. Une experience a du le prouver... Mais laquelle?
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[invite231234]

On ne peut prouver l'absence de quelque-chose !

[invite60be3959]

Bonjour,

Je dois être à l'endroit parfait pour poser cette question. Je voudrais savoir les expériences et les résultats qui ont conduit a prouver que le photon n'a pas de masse. Hors ce paradoxe cité de wikipédia:



On part là du principe que, a priori, il n'a pas de masse. Une experience a du le prouver... Mais laquelle?

Bonjour,

le photon étant le boson vecteur de l'interaction électromagnétique, il doit être sans masse afin de conserver l'invariance de jauge de la théorie qui la décrit, l'électrodynamique quantique.
Des mesures ont été effectué et ont déterminé une limite supérieure de l'ordre de 10^-43 g comme ici, ou encore moins comme là.

[invite62e1e8a6]

inutile de te fatiguer Deedee je te cite

Il faut faire attention avec le mot "masse" car il a plusieurs significations. Des usages qui ont varié en moins d'un siècle

La signification actuelle utilise la notion de "masse propre", anciennement appelée, "masse au repos".

Evidemment, pour un photon, c'est difficile : il n'est jamais au repos. Mais on peut le retrouver à travers la relativité. Soit comme
m² = |p|² (p étant le quadrivecteur impulsion)
ou (ce qui revient au même)

où p est ici l'impulsion classique et E l'énergie.

Or, il se fait que pour le photon, son impulsion est E/c (ce qui se mesure ). Donc sa masse est nulle.

On peut aussi définir la "masse relativiste", la vieille notion de masse, comme E/c². Mais cette notion est inutile (elle est totalement équivalente à l'énergie) et trompeuse (on la confond avec l'autre). De plus si la masse propre était égale à E/c², ce serait sacrément flagrant.

La notion de masse propre est aussi préférée car elle est conservée et invariante (sous le changement d'observateur), ce qui est des propriétés fort pratiques en physique.

Enfin, c'est cette masse qui est au coeur de la théorie quantique des champs.

Mais !!!!! Cela n'exclut pas une petite masse propre. Très très très petite. Pour le photon. En effet, tout est une question de précision de mesure. Que ce soit en mesurant les vitesses, l'impulsion, les propriétés des ondes électromagnétiques, les mesures ont toujours une précision limitée. Et donc la valeur de la masse propre du photons.

Celle-ci est inférieure à kg. Soit environ 0,00000 (53 zéros ) 0000018 kilo. C'est vraiment très peu !!!!

Je ne connais pas la position de de Broglie sur ce point.

P.S. attention, curiosité relativiste, la masse propre n'est pas additive. La masse propre de deux particules, même non liées, n'est pas nécessairement la somme de leurs masses ! On peut pas tout avoir

A part que je sais pas copier coller les formules...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite62e1e8a6]

Ou comment ne sait on pas que le photon a une masse...

[Amanuensis]

On part là du principe que, a priori, il n'a pas de masse. Une experience a du le prouver... Mais laquelle?

Aucune observation n'a prouvé que le photon était de masse nulle. De nombreuses observations ont permis de mettre une borne supérieure très faible à la masse du photon, et aussi de montrer que leurs résultats étaient compatibles avec l'hypothèse d'une masse nulle.

Actuellement, la meilleure borne est une masse < 10^-27 eV/c², dixit le PDG, qui est la meilleure référence sur le net (http://pdg.lbl.gov/2010/listings/rpp...ist-photon.pdf, la colonne "comment" indique en gros l'expérience ou observation).

Par ailleurs, il y a un faisceau d'indications indirectes concordantes, principalement le fait que l'hypothèse d'une masse nulle intervient un peu partout en physique moderne, avec des prédictions très précises, et inégalées par toute théorie alternative.

[invitec913303f]

Si le photon avais une masse non nulle, sa vitesse serai relatif au référentiel.

[invite62e1e8a6]

Actuellement, la meilleure borne est une masse < 10^-27 eV/c², dixit le PDG, qui est la meilleure référence sur le net (http://pdg.lbl.gov/2010/listings/rpp...ist-photon.pdf, la colonne "comment" indique en gros l'expérience ou observation).

Merci Amanuensis pour la liste compléte des mesures de la masse du photon. (gamma mass) C'est de la masse inertielle, c'est ça? Que le photon a pas? Mais il a une masse...

Il a une masse ou pas?

[invite6754323456711]

Si le photon avais une masse non nulle, sa vitesse serai relatif au référentiel.

Si le photon devait s'avérer avoir une masse (voir à ce sujet les propriétés physiques du photon), la relativité ne serait pas remise en question, mais la lumière aurait une vitesse légèrement inférieure à c, et qui dépendrait des référentiels ... http://fr.wikipedia.org/wiki/Relativ...ein_.281905.29

Patrick

[invitec913303f]

Si le photon devait s'avérer avoir une masse (voir à ce sujet les propriétés physiques du photon), la relativité ne serait pas remise en question, mais la lumière aurait une vitesse légèrement inférieure à c, et qui dépendrait des référentiels ... http://fr.wikipedia.org/wiki/Relativ...ein_.281905.29

Patrick

On est d'accord.

[Amanuensis]

pour la liste compléte des mesures de la masse du photon. (gamma mass)

Ce ne sont pas des mesures de la masse du photon, mais des bornes. Ou encore, ces mesures indiquent une masse de 0, et la valeur indiquée est l'incertitude.

[invite60be3959]

Sympa ce fil où certains repètent exactement la même chose, ou mettent le même lien que des intervenants les précédant.

[invite62e1e8a6]

La marge d'incertitude de l'absence de masse du photon? l'incertitude du zero?

J'ai peur que si je continue. Je vois des hommes en noir, avec un carte de futura sciences dans leur poche intérieure, sonner à ma porte...

[stefjm]

La marge d'incertitude de l'absence de masse du photon? l'incertitude du zero?

La valeur de cette incertitude relative n'est pas sympa du tout!

J'ai peur que si je continue. Je vois des hommes en noir, avec un carte de futura sciences dans leur poche intérieure, sonner à ma porte...

Incertitude relative infinie : nous allons vous flashouiller...

[erik]

La marge d'incertitude de l'absence de masse du photon? l'incertitude du zero?

Dans toute mesure physique il y a une marge d'erreur - une incertitude - lié à la précision des mesures effectuées.

Dans le cas du photon on ne peut que dire "la masse mesurée est inférieure à ..."
On ne pourra jamais faire une mesure qui donne comme résultat 0 avec une marge d'erreur nulle.

Il n' y a pas d "incertitude du zero" (ce qui ne veux rien dire) mais obligatoirement une incertitude sur les mesures faites.

Est ce clair ?

[Amanuensis]

Sympa ce fil où certains repètent exactement la même chose, ou mettent le même lien que des intervenants les précédant.

Bof... Si on prend tout le forum depuis le début, tout ou presque a été écrit 50 fois et les mêmes liens fournis 10 fois... Faut bien pallier les défauts de lecture.

[inviteccac9361]

Bonjour,

si on parle de masse, c'est qu'on a défini ce que représente une masse.
Comment défini-t-on la masse ?

Un rapport avec G ?

La force d'attraction entre deux corps massifs est proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui sépare leurs centres de masse respectifs.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Constante_gravitationnelle

Si la théorie est cohérente et que ce qu'on a appelé masse est nul, ou quasi nul pour le photon, "on sait".

[stefjm]

Bof... Si on prend tout le forum depuis le début, tout ou presque a été écrit 50 fois et les mêmes liens fournis 10 fois... Faut bien pallier les défauts de lecture.

ou de mémoire.

[phys4]

La marge d'incertitude de l'absence de masse du photon? l'incertitude du zero?

J'ai peur que si je continue. Je vois des hommes en noir, avec un carte de futura sciences dans leur poche intérieure, sonner à ma porte...

Des hommes en noir ou des hommes en blanc ?

En bref, la limite inférieure est surement très faible, car cette masse modifierait les lois de l'électromagnétisme, surtout aux très basses fréquences : c'est précisément ce qui est le plus utilisé.

Le fait que les constantes électriques sont bien stables pour les fréquences basses jusqu'au continu, m'incite à penser que la masse du photon est bien nulle.

[invite62e1e8a6]

Dans toute mesure physique il y a une marge d'erreur - une incertitude - lié à la précision des mesures effectuées.

Dans le cas du photon on ne peut que dire "la masse mesurée est inférieure à ..."
On ne pourra jamais faire une mesure qui donne comme résultat 0 avec une marge d'erreur nulle.

Il n' y a pas d "incertitude du zero" (ce qui ne veux rien dire) mais obligatoirement une incertitude sur les mesures faites.

Est ce clair ?

Pas du tout,

Bonjour, j'ai sérieusement l'impression que l'on se moque de moi. On me répéte que le photon n'a pas de masse. Mais je crois tout cela est un abus de language.

Je crois que j'ai trouvé la solution sémantique: Le photon n'a pas de corps. Il est une particule parce il est localisable. Il est une onde parce il a une frequence. Il a une masse parce qu'il existe. Il n'a pas de poids, de masse (c'est là) pesante, au sens où l'on ne saurait dire qu'une image puisse être pesé. Attention théorème douteux: Un photon ne courbe pas l'espace-temps. Une image ne courbe pas l'espace-temps...

C'est bon là?

Au fait, question subsidiaire. Est ce que deux photons peuvent entrer en collision?

[Amanuensis]

Pas du tout,

Bonjour, j'ai sérieusement l'impression que l'on se moque de moi.

Dommage pour vous.

C'est bon là?

Non.

Je ne développe pas, cela consisterait à répéter ce qui a déjà été écrit plein de fois et vous en déduiriez qu'on se moque de vous.

[inviteccac9361]

Au fait, question subsidiaire. Est ce que deux photons peuvent entrer en collision?

Deux ondes oui, deux corpuscules(?) non.
Une définition ici :

C. Cohen Tannoudji, « Le concept * (sic) de photon apparaît dans l’un des trois articles fondamentaux d’Einstein en 1905 »

* Concept : représentation mentale générale et abstraite d’un objet. Le photon est un concept pour expliquer les interactions entre les rayonnements électromagnétiques et la matière. On ne peut parler de photon en tant que corpuscule qu’au moment (a-t-il une valeur ?) de l’interaction. En dehors de toute interaction, on ne sait pas – et on ne peut pas savoir – quelle forme a ce rayonnement. On ne peut donc pas parler de « localisation » ni de « trajectoire » du photon.

http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post3389397

Par contre ce que l'on sait:
e⁺ + e^- s'anihilent et donnent photon + photon

D'apres ce que j'en ai compris.

When a low-energy electron annihilates a low-energy positron (antielectron), they can only produce two or more gamma ray photons, since the electron and positron do not carry enough mass-energy to produce heavier particles and conservation of energy and linear momentum forbid the creation of only one photon. These are sent out in opposite directions to conserve momentum. However, if one or both particles carry a larger amount of kinetic energy, various other particle pairs can be produced

http://en.wikipedia.org/wiki/Annihilation

[invite62e1e8a6]

Des hommes en noir ou des hommes en blanc ?

En bref, la limite inférieure est surement très faible, car cette masse modifierait les lois de l'électromagnétisme, surtout aux très basses fréquences : c'est précisément ce qui est le plus utilisé.

Le fait que les constantes électriques sont bien stables pour les fréquences basses jusqu'au continu, m'incite à penser que la masse du photon est bien nulle.

Bonjour,

J'ai dèjà rencontré les hommes en blanc, je veux connaitre les autres. J'aimerais bien connaitre le fin mot là concernant les basses frequences... C'est quoi des ondes radios? Je comprend pas cette réponse... Il y a une atténuation pourtant...

De toutes façon c'est pas grave. Je n'ai rien a prouver, seul les observations comptent. C'est moi qui est nul.

[phys4]

Bonjour,

J'aimerais bien connaitre le fin mot là concernant les basses frequences... C'est quoi des ondes radios? Je comprend pas cette réponse... Il y a une atténuation pourtant...

De toutes façon c'est pas grave. Je n'ai rien a prouver, seul les observations comptent. C'est moi qui est nul.

Mais non, tu n'es pas nul, puisque tu arrives à poser quelques questions précises, c'est au dessus de la moyenne.

Les ondes radio, comme toute l'électricité, utilisent des photons comme support, car ce sont des ondes électromagnétiques comme la lumière, les rayons gamma ...
Mais ces photons là, ont une énergie très faible, et donc ils sont très nombreux. La masse de leur énergie est très faible, une masse propre, qui ne serait pas de l'énergie, prendrait donc une proportion élevée. Ainsi des ondes longues, très basse fréquence devraient se propager plus lentement. Toutes les constantes électromagnétiques des basses fréquences devraient être perturbées, et nos appareils fonctionneraient de manière différente.

[mach3]

si on parle de masse, c'est qu'on a défini ce que représente une masse.
Comment défini-t-on la masse ?

Un rapport avec G ?

c'est la pseudonorme du quadrivecteur énergie-impulsion (à un facteur près):

m²c⁴=E²-p²c²

Si E=pc alors m=0, Si E>pc, m/=0

Toutes observations sont consistantes avec une masse nulle, aux incertitudes de mesure près. En effet si cette masse n'est pas nulle, on peut prédire de multiples effets, cependant on ne les observe pas, ce qui veut dire que soit cette masse est nulle, soit elle est suffisamment faible pour que la précision des mesures soit insuffisante pour mettre en évidence ces effets.
La masse du photon est donc considérée comme nulle dans les modèles car cela ne change pas les prédictions vu nos capacités de mesures.

La réponse à la question de départ c'est qu'on ne sait pas si le photon a une masse nulle, mais qu'on la considère comme telle car que cette masse soit nulle ou très faible, cela ne change rien aux prédictions testables vu la précision actuelle des mesures. On la considère nulle jusqu'à preuve du contraire.

Et si on finissait par trouver une masse, ça ne remettrait pas en cause la relativité restreinte. La constante c reste la vitesse limite, ce n'est pas une propriété de la lumière mais de l'espace-temps. par contre ce serait surement un beau merdier pour la théorie quantique des champs et ses petites soeurs...

m@ch3

[inviteccac9361]

c'est la pseudonorme du quadrivecteur énergie-impulsion (à un facteur près):

m²c4=E²-p²c²

Si E=pc alors m=0, Si E>pc, m/=0

C'est pas mal cette définition. Elle parait simple.

Je traduit à ma façon, une masse, c'est lorsque E excede l'impulsion.
On peut dire que c'est un effet ?

Je vois également que cette formule est approximative ?
Et nécéssiterait donc une une renormalisation ?

Le problème des divergences est apparu tout d'abord en électrodynamique classique des particules ponctuelles aux XIXe et début du XXe siècles.

La masse d'une particule chargée doit inclure la masse-énergie de son champ électrostatique. Supposons que la particule soit une sphère chargée de rayon re. L'énergie de ce champ est, en posant c=1 et ε0=1 :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Renormalisation

[Deedee81]

Salut,

Je traduit à ma façon, une masse, c'est lorsque E excede l'impulsion.
On peut dire que c'est un effet ?

Je suppose que tu veux dire E > pc ?

La réponse est oui.

Je vois également que cette formule est approximative ?
Et nécéssiterait donc une une renormalisation ?

http://fr.wikipedia.org/wiki/Renormalisation

Ben, non, la formule n'est pas approximative.

Et la renormalisation n'a rien avoir avec le fait qu'une formule soit approximative !!!!

[inviteccac9361]

Je suppose que tu veux dire E > pc ?

Oui c'est ça.
Excede, je n'utilise pas le symbole pour me représenter la chose.

Ben, non, la formule n'est pas approximative.

Ok, je vais essayer de reformuler une nouvelle fois.
Histoire de vérifier qu'on est bien d'accord concernant un certain problème. (si celui-ci existe)

J'avais cru devoir le comprendre comme ça, en suivant le cheminement, sinon je ne voyait pas en quoi E>pc pouvait s'appliquer à quelque-chose de réel.

Et la renormalisation n'a rien avoir avec le fait qu'une formule soit approximative !!!!

Je pensais que ça permetrait de faire coller le modele avec l'observation. Eviter une singularité.

L'idée majeure de la renormalisation est de corriger le lagrangien original d'une théorie quantique des champs par une série infinie de contre-termes, correspondant aux graphes de Feynman qui codent le développement perturbatif de la théorie. Dans la procédure de renormalisation perturbative, on introduit un contre-terme dans le lagrangien initial pour chaque divergence de graphe de Feynman. Dans certains cas, tous les contre-termes nécessaires peuvent être obtenus par modification des seuls paramètres du lagrangien initial. Il est alors possible de modifier ces paramètres, en les remplaçant par des séries de contre-termes divergents. Les paramètres initiaux ne sont pas observables, par opposition aux quantités physiques, qui sont finies, et observables. Un des problèmes de la procédure de renormalisation est le traitement systématique dans les graphes à plusieurs boucles des divergences liées à des boucles croisées ou incluses les unes dans les autres.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Renormalisation

La masse etant une quantité physique.
C'est vrai que ça parait abscon ?

Par contre la formule générale sommative contient déja le reflet de cette sommation ? E, q, m par exemple.
Et cette formule est tout à fait vraie dans un repère au repos.
C'est peut-être ca.

Donc on ne parlait pas de la même masse ?
Son détail ou son global ?
Je suis peut-être un peu confus, désolé en tous cas.
Si vous pensez que cette vision est loin de la réalité, vous pouvez rejeter ceci en bloc, je sais que je suis locace et il peut être fatiguant, voir irritant, de reprendre chaque phrase.
Comme ça au moins ca me permettra d'avoir ennoncé un avis, qui aura été utile à tous, moi compris.

Merci pour votre patience.

[Deedee81]

Je pensais que ça permetrait de faire coller le modele avec l'observation. Eviter une singularité.

On peut le dire comme ça. Mais ci-dessus tu ne parlais pas de singularité mais de formule approximative : c'est totalement différent !!!!

Entre avoir une formule qui donne 1.12 au lieu de 1.1314121 et une formule qui donne l'infini, il y a de la marge

Par contre la formule générale sommative contient déja le reflet de cette sommation ? E, q, m par exemple.

Oui, mais ce n'est pas la bonne manière de raisonner, pour au moins deux raisons (sic) :
- Ce n'est pas de cette manière qu'on établit cette formule
- la "masse nue" n'est pas une grandeur physique

Je suis peut-être un peu confus

Je t'assure que personne n'a remarqué

[invite60be3959]

Et la renormalisation n'a rien avoir avec le fait qu'une formule soit approximative !!!!

Dit comme ça, si bien entendu. Par exemple pour le phénomène de polarisation du vide, il faut corriger l'expression de la constante de couplage en y incluant les termes correctifs associés au tenseur de polarisation du vide.
Je vois ce que tu voulais dire. Par contre le dire comme ça est trop "généralisateur", ou du moins peut-être interprété par certains comme une généralisation.

Par contre la formule pré-citée n'est pas une formule approximative. Ce n'est pas elle qui (par exemple) met en lumière la divergence logarithmique de la masse de l'électron en QED. En quelque sorte elle à part de culpabilité dans le fait que la masse diverge, car par auto-interaction l'énergie tend vers l'infini et donc la masse aussi selon cette formule, mais ce n'est pas elle qui doit être corrigée afin de renormaliser la théorie.