Les bosons W+, W- et Z sont des particules virtuelles ?

[dragounet]

Bonjour,

J’ai trouvé cette définition sur Wikipedia : On pourrait définir simplement une particule virtuelle comme suit : particule ayant une courte durée d'existence.

Or les boson W+, W- et Z ont une durée de vie de 3×10-25 s.

De plus on ne les voit jamais.

Et plusieurs fils sur ce forum indiquent que les particules virtuelles ne sont qu’une astuce de calcul.

Cela semble être la même chose pour ces bosons W+, W- et Z.

Ils servent à renforcer une théorie expliquant l'interaction faible.

Donc se sont des particules virtuelles ; C'est-à-dire des particules apparaissant brièvement pour permettre le calcul d’un processus, non ?
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[invite54165721]

Tu peux aller sur particle data group En cliquant sur bosons de jauge tu verras que ces bosons ont des caractéristiques qui sont bien mesurées. L'appellation artifice mathématique
me semble les exclure de mesures par des appareils.

[dragounet]

Tu peux aller sur particle data group En cliquant sur bosons de jauge tu verras que ces bosons ont des caractéristiques qui sont bien mesurées. L'appellation artifice mathématique
me semble les exclure de mesures par des appareils.

Mais ce n'est pas mesuré directement, c'est déduit de la mesure des produits de désintégrations, non?
Donc c'est calculé en fonction de la théorie les prévoyant.
C'est un peu se mordre la queue.

[invite54165721]

Humanino ou Karibou Blanc (dont on a salué la réapparition sur ce forum) seraient à même de te (nous) répondre.
Je relancerais par une autre question. Une particule émise puis absorbée est virtuelle . Quand tu dis qu'on ne voit pas un W+ (par exemple dans une chambre à bulle) on pourrais dire que notre oeil ne percoit pas un bel arc de cercle via des photons!
donc via des bosons de jauge.
La séparation des particules en réelles et virtuelles me parait trop simple.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite231234]

En attendant les pros :

Les divergences apparaissent dans les calculs impliquant des diagrammes de Feynman comprenant des boucles fermées de particules virtuelles.

Bien que les particules virtuelles doivent obéir aux lois de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement, elles peuvent avoir n'importe quel quadri-moment (ou 4-moment), même si elles n'observent pas la relation entre énergie et quantité de mouvement de la relativité pour la masse de la particule donnée. Ceci veut dire que E² - p² peut être différent de m² – par exemple pour un photon cela peut être non-nul.

Tiré de : Renormalisation

[invite6754323456711]

En cliquant sur bosons de jauge tu verras que ces bosons ont des caractéristiques qui sont bien mesurées.

N'ayant pas accès aux expérimentations. Que mesure t-on vraiment ?

Patrick

[mariposa]

Bonjour,

J’ai trouvé cette définition sur Wikipedia : On pourrait définir simplement une particule virtuelle comme suit : particule ayant une courte durée d'existence.

Or les boson W+, W- et Z ont une durée de vie de 3×10-25 s.

De plus on ne les voit jamais.

Et plusieurs fils sur ce forum indiquent que les particules virtuelles ne sont qu’une astuce de calcul.

Cela semble être la même chose pour ces bosons W+, W- et Z.

Ils servent à renforcer une théorie expliquant l'interaction faible.

Donc se sont des particules virtuelles ; C'est-à-dire des particules apparaissant brièvement pour permettre le calcul d’un processus, non ?

Bonsoir,


Les particules W+, W- et Z° sont des particules réelles. Leurs durées de vie sont réelles (on mesure leurs durées de vie avec très haute précisions) et sont liés au fait quelles sont immergées dans un continuum de dissociation.

Explication:

En MQ quand un état d'énergie E° est faiblement couplé à un continuum d'états au voisinage de l'énergie E°, alors cet état n'est pas un état propre. Néanmoins on peut le considérer comme un état propre renormalisé qui modifie l'énergie E° d'une quantité complexe e +i.g que l'on appelle self-energy.

La fonction d'onde non perturbée est de la forme: exp(-E°t). C'est un état stationnaire

La fonction d'onde perturbée sera de la forme: exp[i.(E°+e).t] .exp [-g.t] Ce n'est plus un état stationnaire.

Cela signifie que le niveau est décalé en énergie et de largeur g. La durée de vie du niveau est 2.Pi/g


Exemple:

Un niveau excité d'un atome n'est pas état propre de l'atome car il est couplé a un continuum de dissociation qui est le continuum des états du champ électromagnétique. Le niveau excité est donc déplacé en énergie par le continuum et élargit qui se traduit par une durée de vie de ce niveau.


Dans le cadre de la physique des particules les énergies sont traduites en masse (E = m.c2), ce qui ne change rien à la physique. Les bosons en question ne sont pas des états propres a causes des couplages avec des continuum de dissociation.


Bien entendu cela n'a strictement rien a voir avec les particules virtuelles qui ne sont qu 'un artefact du calcul de perturbation.

[doul11]

Bonsoir,

De plus on ne les voit jamais.

Oui, comme toutes les particules en fait, les particules sont des modèles mathématiques on ne peut donc pas les voir, ce que l'on voit c'est des effets, des pics de résonances sur des courbes qui ce modélisent fort bien par des particules quantiques du modèle standard de la physique des particules.

Et plusieurs fils sur ce forum indiquent que les particules virtuelles ne sont qu’une astuce de calcul.

On va pas encore partir dans ce débat ?

[invite6754323456711]

ce que l'on voit c'est des effets, des pics de résonances sur des courbes qui ce modélisent fort bien par des particules quantiques du modèle standard de la physique des particules.

De plus il y a en général indéterminisme dans la mesure et il faut faire appel aux statistiques pour caractériser un état contrairement à une situation en MC. L'expérience des neutrinos supraluminiques montre la difficulté du problème de la mesure.

Patrick

[Karibou Blanc]

Salut,

On pourrait définir simplement une particule virtuelle comme suit : particule ayant une courte durée d'existence.

D'abord je pense qu'il y a ici une confusion entre durée d'existence et durée de vie. Une particule réelle instable se désintègre au bout d'un certain temps qui en moyenne défini sa durée de vie. Pour les bosons faibles c'est le 10^(-25)s que tu mentionnes ; cela n'a rien à voir avec la virtualité d'une particule.

Une particule virtuelle est une particule qui viole la conservation de l'énergie et/ou de l'impulsion (~ quantité de mouvement). Bien qu'interdit par la mécanique classique, les inégalités d'Heisenberg l'autorisent dans la théorie quantique pourvu que cela se limite (dans le cas de l'énergie) à une durée très brève et d'autant plus courte que la violation de la loi de conservation est importante. Mais les particules virtuelles ne sont pas de "nouvelles" particules ; la virtualité est un simple comportement quantique que les particules existantes dans la nature peuvent exprimer.

KB

PS Il y aurait beaucoup à dire sur la suite, mais pas le temp maintenant...Demain probablement.

[invite6754323456711]

Une particule réelle instable se désintègre au bout d'un certain temps qui en moyenne défini sa durée de vie.

Ce n'est que de la logique et non de la physique, mais l’ambiguïté interpelle

Et pourtant la non réalité du temps et de l'espace est bien démontrée même si il faut faire beaucoup d'efforts pour le comprendre.
.....

Les particules W+, W- et Z° sont des particules réelles. Leurs durées de vie sont réelles.

Patrick

[mariposa]

Ce n'est que de la logique et non de la physique, mais l’ambiguïté interpelle

Patrick

Bonsoir,

Qu 'est-ce que tu veux démontrer avec des citations qui n'ont strictement rien à voir. Une contradiction? Non il y a n y strictement aucune contradiction, strictement aucune. Pourrais-tu nous expliquer ce qui te gènes?

[invite6754323456711]

Bonsoir,

Qu 'est-ce que tu veux démontrer avec des citations qui n'ont strictement rien à voir. Une contradiction? Non il y a n y strictement aucune contradiction, strictement aucune. Pourrais-tu nous expliquer ce qui te gènes?

Je n'ai pas parlé de contradiction, mais d’ambiguïté. La réalité/objectivation de la notion de "particules" vous semblez, entre physicien, l'associer à la notion de durée et donc indirectement de temps qui est d’après tes écrits non réels. Ce qui ne fait que souligner l’ambiguïté de chercher à exprimer une ontologie à partir du formalisme d'un modèle.

Patrick

[doul11]

De plus il y a en général indéterminisme dans la mesure et il faut faire appel aux statistiques pour caractériser un état contrairement à une situation en MC. L'expérience des neutrinos supraluminiques montre la difficulté du problème de la mesure.

Tout a fait Patrick, tu a raison de le souligner : c'est important, il faut toujours garder a l’esprit que la théorie quantique est probabiliste et donc les mesures sont toujours des séries de mesures avec les joyeusetés statistiques que ça implique : dispersion, biais systématique ... Tout ceci est la base du modèle standard de la physique des particules (et de la physique en général : une seule expérience ne prouve rien).

C'est exactement ce qui ce passe au LHC : énormément de mesures sur différents détecteurs afin de cerner au mieux les particules, éliminer un maximum de biais pour être sur d'une éventuelle découverte, voila donc un peut ce qui ce cache derrière une particule !

[mariposa]

Je n'ai pas parlé de contradiction, mais d’ambiguïté. La réalité/objectivation de la notion de "particules" vous semblez, entre physicien, l'associer à la notion de durée et donc indirectement de temps qui est d’après tes écrits non réels. Ce qui ne fait que souligner l’ambiguïté de chercher à exprimer une ontologie à partir du formalisme d'un modèle.

Patrick

A partir du moment où en RG on démontre que le temps n'existe pas et que l'on forme une théorie sans temps (par exemple la LQG) alors cela oblige de nommer le temps comme un temps effectif qui doit en principe se déduire de la théorie sans temps. Comme l'a très justement suggérer quelqu'un (Arcole?)le temps effectif c'est une ombre portée.

Néanmoins on ne va pas trainer cette expression quand on fait de la physique "standard". Il n y a donc pas d’ambiguïtés pour le physicien qui n'est pas a priori en quête de recherche d'une ontologie.

En l’occurrence les particules dont on parle sont réelles mais instables (ce ne sont pas des états propres de l'hamiltonien du système) dans le sens où on leurs donne des attributs, cad ici au minimum une masse et une durée de vie.

[invite7863222222222]

. La réalité/objectivation de la notion de "particules"

Ce quon identifie par realité en physique me semble être une habitude "historique", qui est surement une question de goût tant que et dans le périmètre de ce qui ne "change" pas la théorie.

L'objectivation de la notion de particule, elle, ne nécessite pas sa réalité, si on devait relier les deux, on dirait, qu'elle designe loperation qui consiste à parler de la notion de particule comme d'un objet réel.

[invite54165721]

Dragounet,

Je crois que l'on peut dire que les physiciens ont découvert un certain nombre de particules, Ce sont ces vraies particules. C'est pourquoi l'on recherche le boson de Higgs. La durée de vie d'une nouvelle particule (courte ou pas) et ses modes de désintégration font partie des choses que l'on apprend sur elle. Ceci dit pour un calcul perturbatif on peut utiliser des particules virtuelles inobservables ayant les mêmes caractéristique sauf la masse et qui sont des artefacts mathématiqyes..
Tu semble les appeler virtuelles parce qu'on déduit leurs propriétés par l'étude des résultats des produits de désintégration.
Il me semble que l'on passe toujours par un processus de reactions en cascade pour effectuer une mesure quelconque et qu'aucune articule élémentaire n'est jamais observée directement.

[invite6754323456711]

Néanmoins on ne va pas trainer cette expression quand on fait de la physique "standard". Il n y a donc pas d’ambiguïtés pour le physicien qui n'est pas a priori en quête de recherche d'une ontologie.

Le temps propre peut se mesurer directement à l'aide d'horloge avec une précision remarquable. Son niveau de réalité (il fait sens et non il serait réel, vrai, existe) est macroscopique. Les "particules élémentaires" quand à elles ne sont portés à notre connaissance que par des traces statistiques suite aux interactions avec les appareils de mesure macroscopique. C'est ceux qui leur donne un sens, la mesure.

Le discours ontologique de certain physicien (particule réelle, vrai, existe ...) donne du poids et de la crédibilité à la remarque très pertinent de Fgordon :

c'est une question de méthode...On ne "sait" étudier scientifiquement qu'en objectivant, par définition... Le risque, c'est quand la méthodologie se mue en ontologie, et que l'effet objectif se trouve assimilé à la réalité subjective... Avec cette dernière se trouvant purement et simplement niée en tant que réalité...

Patrick

[mariposa]

Le temps propre peut se mesurer directement à l'aide d'horloge avec une précision remarquable. Son niveau de réalité (il fait sens et non il serait réel, vrai, existe) est macroscopique. Les "particules élémentaires" quand à elles ne sont portés à notre connaissance que par des traces statistiques suite aux interactions avec les appareils de mesure macroscopique. C'est ceux qui leur donne un sens, la mesure.

Bonjour,

Que les particules élémentaires (ou pas) se manifestent par des effets statistiques est secondaire pour le propos puisque en définitive après décodage des mesures par la théorie quantique on attribue aux particules des choses très précises (selon le cas). Dans diverses occasions je cite l'exemple du facteur gyromagnétique de l'électron calculé et mesuré avec 10 chiffres significatifs. Ce n'est pas pour autant que le facteur gyromagnétique soit un effet statistique.


S'agissant des bosons Z°, W+, W- c'est autre chose. Expérimentalement ce ne sont jamais des états propos d'un hamiltonien et donc ils ont une durée de vie intrinsèque dans l'espace libre.

Le discours ontologique de certains physiciens (particule réelle, vrai, existe ...) donne du poids et de la crédibilité à la remarque très pertinent de Fgordon :

Tel que je le comprends je peux être, ou pas, d' accord, vu le niveau de flou de ce qui est écrit. Pour moi la question ontologique ne se pose pas: J'avais cité quelqu'un qui disait que la physique consistait a plaquer des morceaux de mathématiques sur des morceaux d'expériences. Cette façon pragmatique de présenter les choses me conviennent. Une autre façon, plus philosophique celle que j'ai acquise de ma propre expérience consiste à dire:


Subjectivité collective = réalité extérieure aux consciences

[invite6754323456711]

Dans diverses occasions je cite l'exemple du facteur gyromagnétique de l'électron calculé et mesuré avec 10 chiffres significatifs. Ce n'est pas pour autant que le facteur gyromagnétique soit un effet statistique.

Oui parce que l'usage des statistiques ne porte pas sur la même finalité.

On peut aussi mesurer une vitesse moyenne avec une très grande précision relativement à l'unité de mesure.

Patrick

[invite7863222222222]

On en revient toujours au même point : est-ce que ce qui différencie les différentes particules en physique quantique (en oubliant éventuellement d'autres sources d'elements de réponse) est quelque chose qui mathématiquement, est aussi clair, que ce qui permet par exemple de dire que la vitesse d'une particule n'a pas de sens (que l'on peut seulement parler de vitesse moyenne ou de vitesse d'un système de particule) ?

Jai envie de dire : est-ce que le produit d'espaces de Hilbert peut être vu comme une généralité mathématique dans laquelle les particules élémentaires ne sont juste que des cas mathématiques particuliers ou pas ?

Je n'ai pas de réponse mais peut-être que ce n'est pas "tranchable" et donc que ça relève juste d'un choix personnel (en attendant mieux peut-être).

[dragounet]

la virtualité est un simple comportement quantique que les particules existantes dans la nature peuvent exprimer.
KB
PS Il y aurait beaucoup à dire sur la suite, mais pas le temp maintenant...Demain probablement.

Salut Karibou Blanc.

Ta phrase a l'air de dire que les mêmes particules peuvent passer de réelles à virtuelles et inversement, c’est ça ?

[mariposa]

Oui parce que l'usage des statistiques ne porte pas sur la même finalité.

On peut aussi mesurer une vitesse moyenne avec une très grande précision relativement à l'unité de mesure.

Patrick

Les statistiques quantiques sont très différentes des statistiques classiques.

Ce qui est rattache les mesures avec la théorie sont des éléments de matrices de la forme:

<a|O|b> qui sont des amplitudes de probabilités.

Un exemple simple:

Soit la diffusion non résonnante d'une onde| k°> sur un atome pour donner une onde |k>. C'est la diffusion Rayleigh


que l'on va écrire:


<k|V|k°> où V est le potentiel de diffusion.

La source de photons a la direction fixe k° et on place le détecteur dans la direction k

le détecteur reçoit, temporellement, des photons au hasard. Il va faire de l'accumulation pour voir un grand nombre de photons. Il le fera ainsi dans toutes les directions k. Au bilan il aura la matrice de l'opérateur de diffusion V dans la base des |k> complètement et rigoureusement définie. On voit ainsi que le coté statistique c'est un problème pour l'expérimentateur. pour le théoricien il a un tableau de nombre rigoureusement définis. Tu remarqueras que la mesure de l'impulsion est parfaitement définie par la position du détecteur. Pour les particules élémentaires (LHC par exemple) à étudier c'est la même chose. On a une source d'énergie qui provient des collisions protons-antiprotons et l'on place des détecteurs bien choisis là où il faut pour détecter des particules que l'on recherche. Si les amplitudes de diffusion sont très très faibles (événements très rares) il faut faire une énorme accumulation de données qui peut prendre plusieurs mois. En plus il faut faire le tri entre les événements pertinents que l'on cherche et les autres événements beaucoup plus nombreux inintéressant. Autrement dit le rapport signal à bruit est très très faible et la détection des corrélations entre événements va jouer un très grand rôle.

Remarque: Il ne faut pas mélanger la statistique d'accumulation avec les erreurs de précisions expérimentales. Par exemple un détecteur placé dans la direction k a une surface qui donne une indétermination sur la direction liée a l'angle solide. On peut améliorer la valeur de k en éloignant le détecteur au pris d'augmenter le temps d'accumulation des données.

[invite6754323456711]

Les statistiques quantiques sont très différentes des statistiques classiques.

Oui, c'est ce que je dit. La ou cela peut devenir plus délicat est l'exemple de la mesure d’impulsion par la méthode de « temps de vol » des neutrinos.

Patrick

[coussin]

Salut Karibou Blanc.
Ta phrase a l'air de dire que les mêmes particules peuvent passer de réelles à virtuelles et inversement, c’est ça ?

Pour le passage virtuel->réel, on peut citer l'effet Casimir dynamique, la production de paires aux très hautes énergies, le rayonnement Unruh/Hawking.
Pour le passage réel->virtuel, rien ne me vient…

[mariposa]

Pour le passage virtuel->réel, on peut citer l'effet Casimir dynamique, la production de paires aux très hautes énergies, le rayonnement Unruh/Hawking.
Pour le passage réel->virtuel, rien ne me vient…

Bonjour,

Bofff!!!

[invite54165721]

une question sur la détection des nouvelles particules:
comment distingue t on les événements pertinents du bruit de fond quand les produits de désintégrations sont compatibles à une désintégration possible de la particule que l'on recherche?
y a t il élimination événement par événement (j'imagine que non), comparaison d'une courbe observée avec celle prédite par un modèle théorique donné, autre chose?
Si plusieurs modèles sont concurents comment fait on? peut on découvrir une particule prédite par aucune théorie?

[mariposa]

une question sur la détection des nouvelles particules:
comment distingue t on les événements pertinents du bruit de fond quand les produits de désintégrations sont compatibles à une désintégration possible de la particule que l'on recherche?
y a t il élimination événement par événement (j'imagine que non), comparaison d'une courbe observée avec celle prédite par un modèle théorique donné, autre chose?
Si plusieurs modèles sont concurents comment fait on? peut on découvrir une particule prédite par aucune théorie?

Bonjour,

Ta question est plus qu'importante car sur Futura on est souvent dans la nébuleuse de la théorie, alors que la recherche c'est essentiellement une activité expérimentale (ou observationnelle). Ceux qui sont bien placés pour répondre ce sont les expérimentateurs de la physique des particules élémentaires (sur Futura je crois qu il y au moins humanino qui a le bon profil).

N'étant pas physicien des particules j'essaie malgré tout d'esquisser une réponse générale entre le rapport expérimentation et théorie (Mon parcours personnel est assez rare puisque je suis passé du statut d'expérimentateur au statut de théoricien).


Le premier élément de réponse est que lorsqu'on expérimente et que l'on a des résultats nouveaux on a en fait un cadre de lecture préalable de compréhension qui soit explicite soit implicite ( c'est une affaire de cas) . Par exemple s'agissant du LHC on a construit un système expérimental pour comprendre des phénomènes pour lesquels on a des idées préalables: Typiquement la recherche du boson de Higgs. La situation la plus simple est que l'expérimentation confirme la théorie la plus simple. Pour autant que je sache, la probabilité que l'observation confirme le Higgs standard est hautement probable (selon les résultats récents).

Quand 2 cadres de lectures non compatibles proposent une explication d'un même phénomène, la solution est de développer d'autres (voire une seule) expérimentations pour faire le tri. Il peut arriver qu 'aucun cadre de lecture ne convienne. Et là il faut remettre tout ou partie à plat. Par exemple certains espèrent que le modèle standard soit incapable d'expliquer une nouvelle phénoménologie du LHC et sont prêt a trouver une porte de sortie en termes de supersymétrie qui sont des explications toutes prêtes.

Il se peut aussi qu'aucune explication ne convienne. Le bon exemple est la supraconductivité haute température qui est a l'heure actuelle, me semble-t-il, toujours dans l'impasse. Dans la physique des particules il est envisageable qu'aucune explication d'aucune sorte ne convienne.

[Gwyddon]

Bonjour,

Pour rester pragmatique et répondre à alovesupreme¹, un excellent exemple en physique des particules de découverte inattendue (en tout cas dans les expériences) est celle du méson en 1974.

Typiquement ce que regarde un détecteur expérimental ce sont les produits de désintégration : les jets constitués d'hadrons, des électrons, des photos, des muons. Pour les découvertes les plus "propres", un moyen de faire est de regarder la distribution des produits de désintégration, en fonction d'une variable pertinente (masse invariante, impulsion transverse, rapidité, etc.). Si jamais on observe un effet résonnant, cela signifie que l'on a une particule qui a été produite à un moment donné avant de se désintégrer dans les produits de désintégration étudiés : cela implique un effet résonnant que l'on essaye d'observer et qui permet donc d'identifier une découverte.

C'est ainsi que le , notamment, a été découvert.

Pour donner un exemple plus actuel, un des canaux de découverte les plus intéressants pour un boson de Higgs léger est le canal de désintégration (en deux photons). Or produire deux photons n'est pas bien difficile, on peut le faire très facilement avec juste des quarks . Donc que fait-on ?

On regarde par exemple la distribution en masse invariante des deux photons, c'est-à-dire le nombre d'événements "2 photons" en fonction de où désigne la 4-impulsion du photon i (i=1,2). Si un boson de Higgs est produit et se désintègre en deux photons, on va voir une résonance apparaître dans cette distribution, autour justement de .

Voilà un exemple de mise en évidence de nouvelle particule, et ce genre de chose peut aussi se faire pour découvrir des particules non prédites : si on observe une résonance à un endroit où l'on ne s'y attend pas, c'est qu'on a découvert quelque chose de nouveau.

Cordialement,

G.

1 : on peut aussi répondre à ce genre de chose en étant un théoricien honnête, c'est-à-dire un théoricien qui s'intéresse à l'expérience puisque cette dernière le guide et qu'après tout, comme le dit mariposa, la physique est une science expérimentale avant tout.

[invite54165721]

merci pour les réponses.
Si l'on espère trouver un higgs vers les 125 GeV est ce que çà indique une énergie particuliere pour les Hadrons à collisionner ou faut il explorer toutes les possibiités surtout les plus hautes énergies? Je repense au LEP en lui laissant du temps on aurait pu trouver quelque chose? Les higgs n'étant pas des particulles entrantes mais des choses dans la "boite noire" avec des énergies impulsions non déterminées elles sont à ce niveau des particules virtuelles. Peut on dire qu'il y a un principe disant que pour toute toute vraie particule on peut l'utiliser pour des calculs perturbatifs comme particule virtuelle et réciproquement si l'on introduit une particule virtuelle fictive donnant des résultats tous vérifiés par l'expérience il lui correspond une vraie particule?