Charge électrique (et champ de Higgs)

[invite1a299084]

Bonjour,

J'ai eu du mal à trouver un titre pour ma question.

Avant de penser au champ de Higgs, nous pensions que la MASSE était une propriété intrinsèque d'une particule élémentaire.
Mais maintenant nous "savons" que la masse n'est qu'une propriété "secondaire" qui existe grâce à l'interaction d'une particule avec le champ de Higgs.

Ma question concerne la charge électrique:

- Tout d'abord pour que la suite puisse avoir un sens, est-ce qu'on considère que la charge électrique est une propriété intrinsèque d'une particule? Nous savons qu'un électron a une charge de -e, un quark up de 2/3 e. Bref etc...

Alors je ne suis pas certain de la réponse à cette question, car je me demande si la charge électrique n'est pas une conséquence de l'interaction électromagnétique.
En fait, j'ai toujours pensé que charge => interaction électromagnétique, mais peut-être que cela est faux.

- Bref continuons, si la charge électrique est une propriété intrinsèque d'une particule alors pourquoi ne pas envisager une sorte de "champ de Higgs" qui au lieu de "donner" une masse à une particule lui donnerait sa masse?

- Question supplémentaire: Est-ce que le spin est une propriété intrinsèque d'une particule? Alors pourquoi ne pas faire pareil?

Merci d'avance
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[invitefc7d7ed3]

Non la charge électrique n'est pas une conséquence de l'interaction électromagnétique. La charge mesure comment les choses intéragissent, c'est la force de l'interaction d'une particule avec le photon. Si les choses n'ont pas de charge, les photons ne les voient pas et donc quelque soit le sens qu'on voudrait y mettre, l'interaction électromagnétique ne pourrait pas leur conférerer de charge, puisqu'il y sont insensibles.

Par ailleurs, pour ce qui est d'un champ qui confèrerait la charge aux particules, on a aucune raison, contrairement à la masse, d'en ajouter un. On a une théorie tout à fait cohérente qui fonctionne parfaitement sans cela, alors que pour la masse, le problème était qu'il est impossible de faire une théorie cohérente avec des bosons Z et W massifs sans un boson de Higgs ou quelque chose d'analogue.

Si on souhaitait tout de même essayer de construire quelque chose du même style "juste pour voir", on aurait des problèmes car il est impossible de construire quelque chose de directement similaire à ce qu'on fait pour la masse avec la charge, la théorie rencontrerait des problèmes (en gros toutes les quantités qu'elle prédit sont infinies). Et de toute façon, comme je l'ai dit, il faudrait quand même que quelque chose soit capable de créer des photons, c'est à dire, que quelque chose ait une charge (c'est la définition !) au départ, donc on ne résoudrait pas le problème, contrairement à la masse où l'on peut partir d'un monde où aucune particule n'a de masse pour en générer par la suite.

Pour le spin, outre le fait qu'on n'ait aucun besoin de le générer comme la masse, le problème est encore plus profond car c'est une propriété géométrique avec une signification profonde, ce n'est pas juste un terme qu'on rajoute à la théorie comme pour la masse. C'est la structure intrinsèque d'une particule, qui lui est propre, on ne pourrait donc pas la changer avec un boson de Higgs.

[invitef73a730a]

Bonjour,
Je ne suis pas un expert du champ de Higgs, mais je pense pouvoir te donner quelques éléments de réponses :

Tout d'abord, la charge de l'électron est effectivement une propriété intrinsèque de l'électron. Mais dans le cadre de la théorie quantique des champs (cadre dans lequel intervient le champ de Higgs), la charge de l'électron est plutôt à voir comme une constante de couplage entre deux champs : le champ de Dirac (représentant l'électron) et le champ électromagnétique. Par constante de couplage, j'entends une constante qui détermine l'intensité à laquelle ces deux champs s'échangent de l'énergie (pour avoir une analogie classique, tu prends deux cordes vibrantes, et tu les relies avec un ressort : les deux cordes symbolisent dans mon analogie les deux champs, et la raideur du ressort symbolise la constante de couplage : plus le ressort sera raide, plus les échanges d'énergie entre les deux cordes sera important)

Or, dans le cadre de la théorie quantique des champs, l'existence de ce couplage est nécessaire et suffisant pour rendre les équations des champs invariantes selon un type de transformation que l'on appelle "transformation de jauge U(1) locale". Pas la peine donc de postuler l'existence d'un nouveau champ qui ne ferait que compliquer les équations (en physique, les équations les plus simples sont très souvent aussi les plus justes), et qui, de toute façon, ferait intervenir de nouvelles constantes de couplage avec ce nouveau champ (si bien qu'on ne ferait qu'expliquer l'interaction directe entre deux champs par l’intermédiaire de leur interaction respectif avec un troisième champs et donc, in fine, remplacer des propriétés des particules par d'autres propriétés).

Souvent en physique, une explication signifie une réduction (c'est à dire on explique un certains nombres de propriétés par un nombre plus restreint de propriétés plus fondamentales). En réalité, "l'explication" de la masse des particules par leur interaction avec le champ de Higgs ne correspond pas à ce type de réduction, car elle explique une propriété par une autre (par exemple, pour l'électron, la propriété "masse" n'a été "que" remplacée par la propriété "couplage avec le champ de Higgs"). Il faut donc une réelle motivation pour faire un tel pas. Pour la masse, la motivation était que si on ne faisait pas cette substitution, les équations de la théorie n'étaient plus symétriques par rapport à certaines transformations (symétrie qui elle, permettait de faire de très bonnes réductions, telle que celle de l’interaction électromagnétique et l'interaction faible en une même interaction électrofaible).

L'existence de la charge au contraire respecte très bien les symétries qu'il faut, donc aucun mécanisme de ce type n'est requis.

[Croisé avec FlyingDeutschman]

[invitefc7d7ed3]

Je pense qu'on est plutôt complémentaires sur le coup

Le problème pour la masse était pire que ça. Si la symétrie n'avait pas été respectée mais que l'on pouvait quand même faire des prédictions, on se serait dit "tant pis, c'est moins joli, mais le monde est comme ça". Mais en fait, c'est plus grave que ça, on ne peut pas donner de masse à un boson de spin 1 sans bosons de Higgs, car la théorie résultante est non renormalisable.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef73a730a]

Oui, tout à fait ! Mon côté esthète me fait oublier l'essentiel !

[invite6754323456711]

Tout d'abord, la charge de l'électron est effectivement une propriété intrinsèque de l'électron.

Il peut être constructif de lire d'autre interprétation ontologique du formalisme mathématique parlant de concept physique dont la symbolique ne dit rien de cela.

http://michel.bitbol.pagesperso-oran...uches_long.pdf

“Nous serions assez tentés d’appeler ‘réalité physique’ uniquement les résultats de mesure (...)” commence-t-il. Mais il ajoute aussitôt après: “Une telle réalité est loin d’être immédiate et d’être une donnée primitive; elle n’apparaît au contraire qu’après une longue évolution mentale. Ces résultats de mesure ne peuvent prendre une signification qu’une fois édifiée une théorie dans laquelle ils s’incorporent, et l’appareil de mesure lui-même ne se comprend qu’au moyen d’une théorie”.

Une théorie n’est jamais confrontée à des données brutes mais à des modèles de données dépendant du modèle global qui lui est associé.

Patrick

[invitef73a730a]

Bonjour Patrick,
J'avoue ne pas être sûr du sens dans lequel tu fais cette remarque.
Mais je suis prêt à en parler, surtout que je connais ce texte, et plus généralement la pensée de Bitbol sur la Mécanique quantique, à laquelle d'ailleurs je souscris dans une large mesure.
Je pense (corrige-moi si je me trompe) que tu faisais référence à cette phrase :

"Conformément à la critique de la connaissance par prédicats amorcée par Bohr et reprise par J.L. Destouches, la version la plus englobante de la
théorie de la prévision concerne en effet non pas des grandeurs considérées comme propriétés intrinsèques [c'est moi qui souligne] des systèmes, mais des phénomènes impliquant de façon indissoluble les systèmes et les appareils de mesure."

qui semble se porter en faux contre ma phrase stipulant que "la charge est effectivement une propriété intrinsèque de l'électron".
Si c'est le cas, je peux en discuter ; si c'est pas le cas, peux-tu alors me préciser le sens de ta remarque ?

[invite6754323456711]

si c'est pas le cas, peux-tu alors me préciser le sens de ta remarque ?

D'abord un point en mon sens important à souligner est que cela ne concerne que les différentes interprétations possibles et n'impacte nullement l'aspect prédictif d'une théorie physique. Juste prendre consciences qu'il n'existe pas une interprétation canonique.

Ma remarque porte sur le regard d'une épistémologie constructivistes versus positivistes qui vise l'analyse sur notre manière de concevoir l'"objet" d'étude, ce qu'on sépare du "reste" afin de pouvoir examiner, raisonner, communiquer, marque toutes nos pensées et actions.

Le mot d'"objet" est ressenti par le sens commun comme pointant vers un désigné qui est foncièrement lié à de l'invariance (matérielle) et à ce qu'on pourrait appeler une "objectité" intrinsèque qui préexisterait à tout acte d'observation et de conceptualisation.

La mécanique quantique étudie les "états de microsystèmes". Ces mots désignent des entités dont nous affirmons l'existence mais qui ne sont pas directement perceptibles par l'homme. Seule les prévisions se vérifient avec des précisions remarquable.

Pour un constructiviste, fixer un micro-état en tant qu'objet d'étude, il faut le créer et le baptiser micro-états, qui n'est rien de plus qu'un étiquetage, il ne pointe pas vers quelque connaissance.


Nous voulons les "connaître". Il faut alors mettre en place des appareils macroscopiques qui soient aptes à développer, à partir d'interactions avec ces objets présupposés, des marques qui, elles, soient percevables par nous.

Comment "étudier" un objet encore entièrement inconnu et qui ne peut être perçu? En le changeant par une opération qui en tire une qualification percevable.

Une description n'exige pas seulement un objet spécifié, elle exige également un ou plusieurs modes spécifiés de qualification. Lorsqu'on qualifie un objet on le qualifie toujours relativement à quelque point de vue, quelque biais de qualification, couleur, forme, poids, etc. Une qualification dans l'absolu n'existe pas.

Patrick

[invitef73a730a]

Une première remarque est que mes précédentes contributions au fil ne se plaçaient pas sur un plan épistémologique.
Lorsque l'on croise des physiciens entrain de parler d'un problème quantique, on les entend dire plein de phrases qui, d'un point de vue épistémologique et ontologique, sont plus qu'illégitimes. Cependant, ce langage chosifiant qu'ils utilisent est indispensable du point de vue de l'heuristique du chercheur. Historiquement, la Mécanique quantique a été forgé par une extension formelle de la physique classique, via notamment le principe de correspondance. Cela impliquait de conserver, sous une forme atténuée, une ontologie classique (des ondes, des corpuscules...) même si les auteurs les plus lucides (telles que Bohr) ont compris tout de suite que cette "ontologie" n'avait de valeur que métaphorique et heuristique, et que la légitimité de son maintien fragmentaire dépendait du contexte d'observation. Mais Bohr a également insisté sur le fait que ce langage chosifiant, à condition qu'il soit convenablement utilisé (cf la complémentarité de Bohr) non seulement pouvait, mais devait se maintenir, sans quoi on serait réduit à interpréter les résultats expérimentaux dans un langage d'observation complètement dénué de sens.
Lorsque l'on construit une théorie quantique, on commence à caractériser un système physique pensé comme indépendant de l'observateur, et muni de propriétés intrinsèques (en terme technique, cela revient à lui attribuer un Hamiltonien ou un Lagrangien). Si tu veux, c'est une sorte de subterfuge heuristique, mais je ne vois pas comment on pourrait s'en passer. Ensuite, le formalisme quantique prend en charge tout le reste.

De plus, dans le cas de la charge électrique de l'électron, la situation se présente mieux que dans le cas des variables dynamiques (position, quantité de mouvement), puisqu'une mesure de la charge d'un électron sera toujours la même ; il est donc beaucoup moins problématique, à toute fin pratique, de penser la charge de l'électron comme lui étant intrinsèque.

Enfin, je suis d'accord avec toi qu'il n'existe pas une interprétation canonique. Et le fait de refuser d'accorder des propriétés intrinsèques à des objets fait lui-même parti d'une position épistémologique, rendu certes beaucoup plus difficilement évitable depuis l'apparition de la Mécanique quantique, mais qui est néanmoins discutable. Par exemple, dans la théorie de Bohm-de Broglie, les propriétés des objets se voient définis de manière absolue sans que cela pose intrinsèquement problème (bien-sur, la théorie possède d'autres défauts).

Sur ce, je te souhaites une excellente nuit.

[invite1a299084]

Merci pour vos réponses complètes !

[mtheory]

Bonjour,

J'ai eu du mal à trouver un titre pour ma question.

Avant de penser au champ de Higgs, nous pensions que la MASSE était une propriété intrinsèque d'une particule élémentaire.
Mais maintenant nous "savons" que la masse n'est qu'une propriété "secondaire" qui existe grâce à l'interaction d'une particule avec le champ de Higgs.

Ma question concerne la charge électrique:

- Tout d'abord pour que la suite puisse avoir un sens, est-ce qu'on considère que la charge électrique est une propriété intrinsèque d'une particule? Nous savons qu'un électron a une charge de -e, un quark up de 2/3 e. Bref etc...

Alors je ne suis pas certain de la réponse à cette question, car je me demande si la charge électrique n'est pas une conséquence de l'interaction électromagnétique.
En fait, j'ai toujours pensé que charge => interaction électromagnétique, mais peut-être que cela est faux.

- Bref continuons, si la charge électrique est une propriété intrinsèque d'une particule alors pourquoi ne pas envisager une sorte de "champ de Higgs" qui au lieu de "donner" une masse à une particule lui donnerait sa masse?

- Question supplémentaire: Est-ce que le spin est une propriété intrinsèque d'une particule? Alors pourquoi ne pas faire pareil?

Merci d'avance

Bonjour,

Je suppose que tu voulais dire, puisque la masse propre d'une particule apparait comme un paramètre modulable avec le champ de Higgs, ne pourrait-on pas imaginer d'autres propriétés d'une particule sont modulables et dérivables à partir d'une théorie plus fondamentale ?

La réponse est oui. Ainsi, dans le cadre des théories de Kaluza Klein, par exemple, la charge des particules dérive de la conservation de l'impulsion d'un champ de matière dans une direction spatiale supplémentaire. il y a donc bien un mécanisme qui permettrait de dériver l'existence et les valeurs des charges des particules. La théorie des cordes reprend des mécanismes similaires et c'est l'une des raisons qui font que la théorie des cordes est si intéressante car elle permet, en principe, de dériver l'existence des charges et autres paramètres du modèle standard même si, pour le moment, elle ne permet pas de dériver les valeurs de ces paramètres.
Pour le spin, toujours avec les cordes, différents états de spin peuvent exister pour une corde et c'est de cette façon que l'on peut unifier des particules de force et de matière avec des spins différents.

[mtheory]

la charge des particules dérive de la conservation de l'impulsion d'un champ de matière dans une direction spatiale supplémentaire.

zut, je vieilli, ça c'est la masse pas la charge, mais il y a une truc similaire pour la charge, je vais chercher.

[mtheory]

zut, je vieilli, ça c'est la masse pas la charge, mais il y a une truc similaire pour la charge, je vais chercher.

J'étais pas loin de mémoire

http://courses.theophys.kth.se/5A138...sellerholm.pdf