Incompréhension sur le vide quantique

[invite6135cf0b]

Bonjour à tous, alors voilà, cela va faire maintenant un petit moment que j'essaye de comprendre la notion de vide quantique, mais ça m'échappe toujours.
J'ai fais des recherches sur Google, j'ai même fais des recherches sur ce forum, mais je n'y comprends strictement rien, tout se mélange.
Donc j'ai décidé de venir poser ma question ici, qui me semble être l'endroit le plus approprié.

Voici ma question : qu'est-ce que le vide quantique concrètement? Ce sont des particules, ou c'est le niveau minimal d'énergie dans lequel apparaissent ces particules? Enfin, si le vide quantique ne fluctue pas, qu'il ne change pas d'état, comment ces particules apparaissent? Du néant?

Voilà, en espèrant avoir été assez clair
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[invite91f11209]

Bonjour,

alors je vais te donner une réponse que je pense très naive, et qui me sert souvent. Il faut prendre en considération la fameuse relation : E=mc2. Ce qu'elle signifie, c'est que la matière et l'énergie sont équivalente, ou interchangeables. Le vide énergétique n'existant pas, il y a une probabilité non nulle pour qu'il se change en matière puis en énergie. Il faut par contre respecter les lois de conservations de charge etc.... On appelle ca les fluctuations quantiques du vide. A ajouter à celà, le fait qu'une particule "virtuelle" peut apparaitre "furtivement", et se désintégrer aussi tôt (elle n'est pas "sur sa couche de masse", donc "elle a pas le droit d'apparaitre", un de mes profs comparaissait ça à l'effet gros minet, quand il cours apres titi et se retrouve au dessus du vide, et c'est quand il regarde en bas qu'il tombe", hihi). Je le dis en mots, mais ca apparait dans les équations, vraiment.

Le vide quantique va dépendre de l'environnement dans lequel il se situe. Je vais donner un exemple : le proton. Un proton est un état lié par intéraction forte de 3 quarks. Si tu fais la somme des masses de ces trois quarks pourtant, tu es loin d'avoir la masse du proton.
L'environnement hadronique, avec des quarks, fait qu'il y a beaucoup de fluctuations du vide, beaucoup de gluons et d'un tas d'autres particules qui apparaissent et disparaissent constamment. D'ailleurs au LHC, on ne fait pas collisionner les quarks, mais en fait les gluons de la "mer" de particules issus de ces fluctuations quantiques.

J'espère que ça répond à ta question.

Tu peux aussi regarder l'effet Casimir pour avoir un exemple concret.

[invite6135cf0b]

Bonjour, merci pour ta réponse très détaillée, bon par contre je suis un peu géné car je n'ai quasiment rien compris, je n'ai vraiment pas un haut niveau en sciences, c'est juste que ce vide quantique m'intrigue au plus haut point, je ne sais pas pourquoi d'ailleurs, et en fait je voulais simplement savoir, qu'est-ce qu'une fluctuation quantique?
Et comment les paires de particules apparaissent? C'est le vide quantique qui est soumis ou ça vient d'autre chose?

[gatsu]

Bonjour à tous, alors voilà, cela va faire maintenant un petit moment que j'essaye de comprendre la notion de vide quantique, mais ça m'échappe toujours.
J'ai fais des recherches sur Google, j'ai même fais des recherches sur ce forum, mais je n'y comprends strictement rien, tout se mélange.
Donc j'ai décidé de venir poser ma question ici, qui me semble être l'endroit le plus approprié.

Voici ma question : qu'est-ce que le vide quantique concrètement? Ce sont des particules, ou c'est le niveau minimal d'énergie dans lequel apparaissent ces particules? Enfin, si le vide quantique ne fluctue pas, qu'il ne change pas d'état, comment ces particules apparaissent? Du néant?

Voilà, en espèrant avoir été assez clair

Salut,

En théorie quantique des champs, chaque particule est en fait associée à un champ (champ électromagnétique pour les photons, champ électronique pour les électrons etc..). Chaque champ se comporte comme une "nappe" et les modes de propagation harmoniques libres de cette nappe correspondent aux particules.
L'état du vide quantique réfère ensuite à un état particulier du champ : celui dans lequel il n'y a aucune de particule. Par corrolaire, il s'en suit que cela correspond à l'état d'énergie minimale du champ. Par contre, le nombre de particule ne permet pas de caractériser entièrement le champ en lui même (c'est simplement une de ses propriétés) et l'état du vide n'implique donc pas que le champ en lui même est rigoureusement zero.

Pour être plus précis, comme on est en mécanique quantique, chaque champ est en fait une variable aléatoire. Le nombre de particules permet de caractériser la valeur moyenne quantique du champ (qui est nulle dans l'état de vide quantique) mais n'est pas suffisant pour caractériser ses fluctuations (qui sont non nulles). C'est ces dernières que l'on appelle fluctuations du vide quantique et qui conduisent notamment à l'effet de Casimir mais aussi à tous les effets de type polarisation du vide, masse effective des particules etc..

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6135cf0b]

Ok, donc en gros, les fluctuations en fait c'est le nombre de particules qui permet de caractériser la valeur moyenne quantique du champ, mais d'où viennent ces particules?
Elles sont créées par le vide?

[invite91f11209]

Ah bah désolée, on va clarifier un peu.

Le vide n'existe pas en physique quantique. Ce qu'on n'appelle vide ce n'est pas ce que tu dois comprendre toi. Ce n'est pas l'absence de toute chose. C'est un état minimal d'énergie. E=mc2 ca veut dire que l'énergie est égale à la masse multipliée par une constante : la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide. Le vide n'étant pas un état d'energie nulle stricto senso, il y a une probabilité non nulle pour que cette énergie se mue en particules, et réciproquement.

Une fluctuation quantique, c'est juste qu'un effet du fait que rien n'est fixe en mécanique quantique, mais qu'on est toujours en présence de phénomènes qui bougent. Fluctuation ca veut dire des variations par rapport à un état moyen, en l'occurrence le vide (voire e principe d'incertitude d'Heisenberg).

Ce que tu peux comprendre, c'est que le vide absolu n'existe pas, et de là, il y a probabilité pour qu'un tas de choses se passe, un tas de processus physique se produisent, et c'est équivalent à dire que des particules apparaissent, se désintègrent, etc...
Les particules peuvent apparaissent parce qu'il y a de l'énergie pour celà, et en disparaissant elles restituent cette énergie.

[invite6135cf0b]

Non non, c'est ma faute, j'aurais du préciser dans mon premier message que je n'étais qu'un débutant qui avait besoin d'une vulgarisation.

Bon, ça commence légèrement à s'éclaircir pour moi, en gros, le vide, c'est un état, c'est l'énergie à son niveau minimal, et cette énergie, se transforme en particules?
J'ai bon?

[invite91f11209]

et les particules aussi elles peuvent donner de l'énergie, se "transformer" en énergie

[invite6135cf0b]

et les particules aussi elles peuvent donner de l'énergie, se "transformer" en énergie

Oui, donc, quand une particule apparait, c'est l'énergie qui s'est transformée en particule, et quand la particule disparait, elle se retransforme en énergie.

[invite91f11209]

Oui, mais bien sûr c'est un peu plus compliqué. Il faut aussi comprendre que dans le vide quantique en tant que tel, la valeur moyenne de l'énergie, comme l'as dit Gatsu, est nulle. En moyenne ça veut dire pas tout le temps, ca veut dire que ca fluctue, autour de 0. Et quand ca fluctue, là des particules apparaissent et disparaissent.

Pour aller plus loin il faut aborder la notion de champs effectivement. Là ca devient beaucoup plus conceptuel et je te renvoie au post de gatsu. Il y a du vocabulaire avec lequel tu n'es pas familier, mais qui peut te servir de base.

Je pense que pour comprendre tu peux lire certains exemples d'effets dûs au vide quantique. Sur wikipedia, la partie effet casimir est bien faite je trouve.

[invite6135cf0b]

Oui, je pense bien que ça doit être bien plus compliqué que ça, mais de ce que j'ai compris, si je ne me trompe pas, c'est l'énergie à son niveau minimal, qui fluctue, même très peu, mais qui fluctue quand même, et à partir de là, des particules apparaissent. Effectivement je vais aller me renseigner sur cet effet Casimir, en tout cas je te remercie d'avoir éclairé ma lanterne

[invite91f11209]

Heureuse d'avoir réussi à t'éclairer un peu Amuse toi bien dans les méandres de la quantique !

[invite6135cf0b]

Ce qui me dérange en fait, c'est que sur ce même forum, un membre a dit a plusieurs reprises, que l'énergie du vide ne pouvait pas fluctuer, c'est à partir de là que j'ai commencé à ne plus rien y comprendre.

[invite91f11209]

Ah, bah c'était tout faux, c'est tout histoire de fluctuation autour de la valeur minimale

[invite6135cf0b]

Ah, bah c'était tout faux, c'est tout histoire de fluctuation autour de la valeur minimale

Ah d'accord, mais il a répété ça plusieurs fois et il avait l'air de bien connaitre le sujet, bon après je l'ai surement mal compris, en tout cas merci, bonne soirée à toi !

[invite91f11209]

tu pourrais me mettre un lien que je vois ca? Merci!

[invite6135cf0b]

--> Le terme de "fluctuation" est a mon avis un peu trompeur. L'état du vide est le plus stable et le plus calme qu'on puisse imaginer. Il y a un bon article sur ça :
http://xxx.lanl.gov/abs/0809.2904
Il est aussi particulièrement "lisse et homogène" : l'état du vide est invariant par transformation de Lorentz.

En somme, les fluctuations du vide ce n'est pas des particules apparaissant de ci de là et qu'on pourrait "attraper" avant qu'elles disparaissent.

Voilà, un exemple, bon c'est pas le message le plus clair, mais je n'arrive pas à le retrouver.

[invite91f11209]

non non, fluctuation est le terme approprié. Comme je le disais avant, ce n'est pas si calme. Celà dépend du milieu. Un proton est plein de vide autour de ses 3 quarks et de gluons qui se baladent entre eux, et pourtant il y a plein de cochonneries qui y apparaissent ou disparaissent.

Comme je l'ai dit qu LHC, on fait rentrer en collision des protons pour créer des nouvelles particules, mais pas les quarks des protons, majoritairement, des gluons produits par les fluctuations, donc on peut bien en faire quelque chos. Ces fluctuations sont tellement importantes (en amplitude si on peut dire, pas en moyenne) qu'on les appelle "mer". Il y a d'autres effets visibles de ce vide qui fluctue! c'est donc bien que ces particules intéragissent!

Que le vide quantique soit un invariant de Lorentz par contre ça ne rentre pas vraiment dans le schmilblik, pas au niveau où tu veux comprendre les choses. Et ca n'empeche en aucun cas nos fluctuations.

[invite91f11209]

Pour clarifier aussi par rapport a ce que tu cites. C est une publi qui va bien bien au dela de la discussion qu on a la et qui est plutot de la siscussion de theoricien et qui vise a remettre en cause ce dont on parle un peu. Donc ne t y fie pas! Tu peux trouver bcp de publis de theoriciens ca veut pas dire que c est la verite, lol! Faut pouvoir prouver experimentalement!

[gatsu]

Ah, bah c'était tout faux, c'est tout histoire de fluctuation autour de la valeur minimale

Ca dépend de l'énergie dont on parle non ?
De base, l'énergie (en elle même) est infinie à cause des termes de fluctuations du vide. Il est cependant commun de redéfinir l'énergie comme un écart (positif) par rapport au vide. Dans ce cas, dans le vide quantique d'un champ libre, par définition, cet écart moyen est nul et ne fluctue pas non plus autours de sa valeur moyenne.

Maintenant, contrairement à ce qu'on pourrait penser, il est possible de voir tous les effets dûs au vide même dans le cadre de cette redéfinition. En effet, si on a deux particules d'un autre champ dans un tel vide d'un champ avec lequel ils interagissent, la valeur (infinie) de l'énergie du vide correspondante dépendra de la distance entre les particules. Ainsi, soustraire seulement une valeur correspondant à une distance donnée (l'énergie est définie à une constante près) n'annule pas exactement les contributions infinies aux autres distances. Cette difference est responsable des interactions effectives entre particules.