Collision d'une particule et de son antiparticule

[invitebdf515f4]

Bonjour amis physiciens,

Wikipedia (http://fr.wikipedia.org/wiki/Antipar..._antiparticule) dit:

Lorsqu'une particule de masse m rentre en contact avec son antiparticule correspondante, elles s'annihilent pour former une ou plusieurs particules quelconques, mais qui ont une énergie égale à celle initiale, et qui conservent un certain nombre de caractéristiques comme la charge électrique totale qui doit donc être nulle.

Je me demande si cela est aussi vrai pour une particule qui est sa propre antiparticule, comme le photon.

Est-il possible qu'un photon entre en collision avec un autre photon ? Si oui, s'annihilent-ils ?
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[mariposa]

Est-il possible qu'un photon entre en collision avec un autre photon ? Si oui, s'annihilent-ils ?

Bonjour,

le calcul de la section efficace de diffusion élastique a été calculée et est extrêmement faible. Je ne pense pas que cela ait été mesuré expérimentalement.

[Deedee81]

le calcul de la section efficace de diffusion élastique a été calculée et est extrêmement faible. Je ne pense pas que cela ait été mesuré expérimentalement.

Oui, j'avais déjà vu les courbes des mesures (je n'ai pas noté la référence) (ce qui m'a d'ailleurs étonné vu la faiblesse).

Par contre, théoriquement, avec des photons de très haute énergie on devrait avoir la possibilité de création de paires particules / antiparticules (avec aussi une très faible section efficace). Mais ça, franchement, ça n'étonnerait que cela ait été vérifié !

[invitebdf515f4]

Merci à tous les deux.

Je conclu de vos réponses que ce phénomène peut exister mais est négligeable pour expliquer les expériences qui ont été pu être menées jusqu'à présent, à commencer par nos expériences quotidiennes.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mariposa]

Par contre, théoriquement, avec des photons de très haute énergie on devrait avoir la possibilité de création de paires particules / antiparticules (avec aussi une très faible section efficace). Mais ça, franchement, ça n'étonnerait que cela ait été vérifié !

Là je crois que 'il y a "plein" d'expériences du style:

Photon + A donne électron + positron

où A est un corps intermédiaire nécessaire pour assurer la conservation de l'impulsion.

Il faudrait trouver un exemple concret.

[invite60be3959]

En effet un photon seul ne peut pas créé une paire e+e-. Il doit (par exemple)interagir avec un photon virtuel issue d'un noyau chargé (de charge Ze) pour cela. C'est un des processus "classique" de l'interaction rayonnement-matière.

[Deedee81]

Là je crois que 'il y a "plein" d'expériences du style:

Ah oui, bien sûr. J'aurais dû préciser que je parlais de l'interaction photon - photon. La section efficace de diffusion est extrêmement petite. Et la section efficace de création de paires l'est encore plus.

Vaincent,

Oui, effectivement j'avais déjà lu ce genre de processus et j'avais... oublié. Merci de ce rappel. C'est un peu différent mais là par contre c'est observé.

[mariposa]

Ah oui, bien sûr. J'aurais dû préciser que je parlais de l'interaction photon - photon. La section efficace de diffusion est extrêmement petite. Et la section efficace de création de paires l'est encore plus.

Pas plus petite, mais plus grande.

[phys4]

Merci à tous les deux.

Je conclu de vos réponses que ce phénomène peut exister mais est négligeable pour expliquer les expériences qui ont été pu être menées jusqu'à présent, à commencer par nos expériences quotidiennes.

Bonjour,
Pour créer une paire électron-positron, il faut un photon d'au moins 1 MeV en théorie. En réalité la section efficace est quasi nulle au seuil de 1 Mev.
Par contre vers 3 à4 MeV la section efficace devient assez importante pour cette interaction devienne prépondérante dans l'absorption des rayons X par certains matériaux.

C'est donc un phénomène courant à ces niveaux d'énergie.
Vous avez énormément dans les accélérateurs de particules, mais aussi dans les générateurs gamma.
Au revoir.

[invitebdf515f4]

Merci Phys4,

Bonjour,
Pour créer une paire électron-positron, il faut un photon d'au moins 1 MeV en théorie. En réalité la section efficace est quasi nulle au seuil de 1 Mev.
Par contre vers 3 à4 MeV la section efficace devient assez importante pour cette interaction devienne prépondérante dans l'absorption des rayons X par certains matériaux.

C'est donc un phénomène courant à ces niveaux d'énergie.
Vous avez énormément dans les accélérateurs de particules, mais aussi dans les générateurs gamma.
Au revoir.

Il s'agit bien de collisions photon-photon ?

Je demande cette précision car n'étant pas du tout physicien et ne voyant pas l'expression "collision photon-photon" noir sur blanc dans la réponse, j'ai un doute. Le fait que l'absorbtion de rayons X (photons) par certains matériaux (pas photons) soit citée en exemple me fait aussi imaginer qu'il ne s'agit peut-être pas de collision photon-photon ?

[phys4]

Merci Phys4,
Il s'agit bien de collisions photon-photon ?

Je demande cette précision car n'étant pas du tout physicien et ne voyant pas l'expression "collision photon-photon" noir sur blanc dans la réponse, j'ai un doute. Le fait que l'absorbtion de rayons X (photons) par certains matériaux (pas photons) soit citée en exemple me fait aussi imaginer qu'il ne s'agit peut-être pas de collision photon-photon ?

Il s'agit de l'interaction création de paires, précisée par les messages 5 et 6 (mariposa et vaincent), c'est uniquement dans la matière et cela peut être interprété comme interaction photon réel + photon virtuel

Il n'y a pas d'interaction de 2 photons réels comme indiqué au message 2 (mariposa).

Au revoir.

[Deedee81]

Salut,

Il n'y a pas d'interaction de 2 photons réels comme indiqué au message 2 (mariposa).

J'insiste : SI.

Deux photons (réels) peuvent très bien interagir (sans intervention d'un tiers) pour former une paire particule - antiparticule. Même, s'il est vrai, la section efficace doit être ridiculement faible (bien plus faible que pour la diffusion photon - photon, observée et qui, entre nous, est aussi une interaction entre photons. Et en plus il faut forcément des photons gammas fort énergétiques).

Il est tout à fait possible de tracer des diagrammes de Feynman pour de telles créations de paires. Et ces diagrammes ne s'annulent pas (pas d'application de la règle de Furry, pas de boucle de fermions,...).

Et c'est tout à fait normal ! Ce sont des diagrammes semblables aux diagrammes d'annihilation, obtenus par symétrie T. Or pour l'annihilation électron - positron est d'origine électromagnétique et cette interaction est invariante sous symétrie T.

Je n'ai pas fait le calcul de la section efficace et je ne l'ai pas sous la main. Mais ce ne devrait pas être trop compliqué vu que ce sont des diagrammes tout à fait classique. J'ai peut-être dit une bêtise d'ailleurs : la section efficace n'est peut-être pas si faible vu qu'ils sont valides à l'ordre 0 boucles alors que pour la diffusion il faut au moins monter à l'ordre 1 boucle (cette fois à cause de Furry). Mais ça doit rester extrêmement difficile à tester.

[mariposa]

Il n'y a pas d'interaction de 2 photons réels comme indiqué au message 2 (mariposa).

Au revoir.

Bonjour,

Bien que si et l'explication physique est très simple:

Un photon réel c'est un morceau de champ électrique. A ce titre il polarise le vide ce qui se dit, pompeusement, que celui-crée une paire "virtuelle" électron-positron. Si celui-ci est seul rien ne se passe car les éléments de matrices <k1|O|k2> sont tous nuls et ceci est vrai à tous les ordres d'un calcul de perturbation.


L'opérateur O représente ici l'opérateur de couplage photon-électron et photon-positron (en physique du solide ce serait électron-phonon et trou-phonon)

ce n'est plus vrai pour les éléments de matrices <k1,k2|O|k3,k4> qui ne sont pas nuls.


Le calcul complet se trouve par exemple au paragraphe 125 ( diffusion d'un photon par un photon) du Landau: Théorie quantique relativiste. Deuxième partie.


Il trouve une section efficace de 10-30 cm2 et celle-ci passe par un maximum pour hw = m.c2 ce qui est tout à fait évident puisque analogue à une diffusion résonnante en optique non-linéaire.

[invite9c9b9968]

Bonjour,

Pour les intéressés, le calcul à l'ordre le plus bas en la constante de structure fine pour le processus (où f désigne n'importe quel fermion) :



où désigne l'énergie disponible dans le référentiel du centre de masse,

La section efficace est en effet très faible.

Cordialement,

G.

[Deedee81]

Gwyddon, merci pour ces précisions.

[Hermillon73]

Bonjour,

Du point de vue expérimental, on pourrait rajouter que certains réfléchissent à la possibilité de "collisionneurs" gamma gamma...
Voir par exemple http://www.desy.de/~telnov/ggtesla/
(après, est ce que ces machines se feront est une autre histoire).

Cordialement.

[mariposa]

Bonjour,

Du point de vue expérimental, on pourrait rajouter que certains réfléchissent à la possibilité de "collisionneurs" gamma gamma...
Voir par exemple http://www.desy.de/~telnov/ggtesla/
(après, est ce que ces machines se feront est une autre histoire).

Cordialement.

Super cet article. Ca à l'air d'une affaire très sérieuse.

Merci.