Champ de higgs, boson de higgs?

[invite868286e5]

Bonjour,

Je fais suite à l'article suivant: http://www.futura-sciences.com/fr/ne...e-noire_39949/

J'ai déjà posté une réponse à l'article en lui-même mais n'ayant pas eu beaucoup de succès, je me permet de double-post... sry d'avance.

Voila ce que j'ai écrit:

Pour moi simple mortel, il y a quand même un truc pas net avec le champ de Higgs.

Alors, ok, le champ de Higgs est l'équivalent de la piscine et le boson de Higgs est la résultante quantitative de l'exitation de ce champ suite à l'interaction entre deux particules qui entrent en collision. First, Est-ce que c'est ca?

Si c'est bon, première question, pourquoi faut-il absolument qu'une collision se produise à 125GEV pour produire un boson de Higgs (qui est si j'ai bien capté, la résultante disons énergétique de l'excitation du champ)? pourquoi cela ne fonctionne-t-il pas à 300GEV, après tout, si la sur-excitation du champ à 125GEV produit un boson, cela devrait être le cas à 300 non?

Ou alors, question subsidiaire, il faut faire "raisonner" le champ à une certaine "tonnalité" pour qu'un Higgs se forme? Et si oui mais alors pourquoi on doute encore de la théorie des cordes...? En effet, cela signifie qu'en réalité, le fait de faire raisonner le champ de Higgs à une certaine fréquence crée telle ou telle particule (c'est ce que l'article laisse penser)

Deuxièmement, il me semble, qu'en astrophysique, on considère, que plus un objet est massif, plus il influencera la courbure de l'espace-temps? Right? donc cela signifie que ce fameux champ de Higgs est donc en mesure de non pas donner une masse aux particules mais plutôt d'influencer la courbure de l'espace-temps pour une particule X?

Troisièmement, contrairement à ce que j'ai pu lire, le champ de Higgs n'est pas une vue de l'esprit puisqu'il permet de créer une particule? Et donc dans ce cas, la collision entre deux particules ne permet pas de voir ce qu'il y a "dedans" mais plutôt de faire raisonner le champ de Higgs pour produire une toute nouvelle particule (le boson de Higgs)... Ce qui signifie aussi (en réfléchissant par rapport à la notion d'information quantique) que ce boson de Higgs ne contient absolument aucune information qui était contenue dans les deux particules ayant servies à la collision?

Voilou, je sais pas si c'est clair

NB: pour faire une analogie, en réalité, nous ne voyons pas les objets mais la résultante de l'analyse par notre cerveau des signaux électriques produits par nos rétines qui elles captent les photons qui se sont réfléchis sur l'objet...
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[Garion]

EDIT : Non, rien, c'était une bêtise.

[invitef73a730a]

Alors, ok, le champ de Higgs est l'équivalent de la piscine et le boson de Higgs est la résultante quantitative de l'exitation de ce champ suite à l'interaction entre deux particules qui entrent en collision. First, Est-ce que c'est ca?

A peu près. Le champ de Higgs, comme tout champ, peut se décomposer une somme de mode de vibration, exactement comme les oscillations d'une corde vibrante peuvent se décomposer en la somme du mode fondamentale et de ses harmoniques.
Maintenant, on peut également décomposer l'énergie totale contenue dans ce champ en une somme d'énergie correspondant à chacun de ces modes de vibrations. Un mode de vibration de fréquence f possède une énergie quantifiée qui ne peut prendre des valeurs égales à nhf, où n est un nombre entier. Si par exemple le mode de vibration de fréquence f possède une énergie égale à 3hf, cela veut dire que 3 bosons de Higgs d'énergie hf sont présents. Il faut donc transmettre de l'énergie au champ pour créer des bosons, de la même manière qu'il faut agiter une corde pour la faire vibrer. Le seul moyen de le faire est de fournir de l'énergie à des particules qui elles-mêmes peuvent interagir avec le champs de Higgs.

Si c'est bon, première question, pourquoi faut-il absolument qu'une collision se produise à 125GEV pour produire un boson de Higgs (qui est si j'ai bien capté, la résultante disons énergétique de l'excitation du champ)? pourquoi cela ne fonctionne-t-il pas à 300GEV, après tout, si la sur-excitation du champ à 125GEV produit un boson, cela devrait être le cas à 300 non?

Il y a plusieurs contraintes pour créer un boson de Higgs. Premièrement, il faut que l'énergie disponible soit au moins aussi grande que mc^2 où m est la masse d'un boson. Mais la conservation de l'énergie n'est pas la seule loi de conservation à respecter : il y a également la conservation de l'impulsion. Si par exemple on se place dans le centre de masse, l'impulsion totale des particules initiales qui collisionnent est nulle, ce qui contraint l'impulsion que peut acquérir le boson créée. Et comme l'impulsion et l'énergie sont liées par la relation E^2=p^2c^2+m^2c^4, cela créée également des contraintes sur l'énergie. Mais ce sont des contraintes qui sont entièrement liées aux conditions initiales de la collision. Le "spectre" du champ de Higgs possède toutes les fréquences telles que f>= mc^2/h, et il est donc possible de créer des bosons de Higgs de n'importe quelle énergie supérieure à 125GEV.

Deuxièmement, il me semble, qu'en astrophysique, on considère, que plus un objet est massif, plus il influencera la courbure de l'espace-temps? Right? donc cela signifie que ce fameux champ de Higgs est donc en mesure de non pas donner une masse aux particules mais plutôt d'influencer la courbure de l'espace-temps

Il fait les deux ! Il donne sa masse aux particules en interagissant avec elles, et lorsqu'il est excité, il courbe l'espace-temps en interagissant avec le champ gravitationnel (plutôt que la masse, c'est plus généralement l'énergie qui courbe l'espace-temps).

Ce qui signifie aussi (en réfléchissant par rapport à la notion d'information quantique) que ce boson de Higgs ne contient absolument aucune information qui était contenue dans les deux particules ayant servies à la collision?

Je ne suis pas sûr d'avoir parfaitement compris la question, mais oui et non... Oui dans le sens que comme tout processus physique obéit à la conservation de l'énergie et de l'impulsion, un état final contient toujours une partie de l'information de l'état initial. Non dans le sens où un boson de Higgs n'a pas de cheveux, et qu'on ne peut pas faire de différence entre deux bosons de Higgs dans le même état quantique, quelque soit par ailleurs leur mode de production. Mais cela est quelque chose de tout à fait général, et n'a rien de spécifique au boson de Higgs. C'est la même chose par exemple pour la création d'un photon.

[invite868286e5]

Merci pour ta réponse... Vraiment complète

En gros, il reste à savoir d'où provient ce champ et si il est possible qu'il subisse des fluctuations en fonction de la localisation de l'expérience (en gros, est-ce qu'à 5000 année lumière d'ici, il faut la même collision pour créer un boson de Higgs).

En fait, les bosons sont la résultante de la raisonnance d'un champ. Plus le champ est "puissant" (plus la piscine est remplie), plus l'énergie nécessaire pour crée un quanta est faible (exemple le photon). Mais une fois le Boson de Higgs créé, il devient quoi?

Encore une petite question: Pourquoi pense-t-on que la matière noire est un WIMP? Je m'explique: Puisque le champ de HIGGS est un flux d'énergie continu. Si celui-ci parcourt l'univers, il est normal qu'il influence le déplacement des corps célèstes et ai tendance à les repousser par rapport à son point d'origine. (comme si on soufflait sur une boule de papier). Parallèlement, la matière noire ne pourrait-elle pas être composée de Bosons de HIGGS qui "simplement" n'auraient pas subi les éffets de phénomène gravitationnel? (un boson de HIGGS ayant une masse...). Ce qui pourrait expliquer pourquoi les astro-physicien on tendance à croire que la matière noire se trouve surtout dans des zones peu peuplée.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef73a730a]

En gros, il reste à savoir d'où provient ce champ et si il est possible qu'il subisse des fluctuations en fonction de la localisation de l'expérience .

En fait, la question ne se pose pas vraiment comme ça. Au sein du modèle standard, la question d'où viennent les champs n'est pas posée. On constate juste que la matière et les interactions peuvent se modéliser par le concept de champs quantiques et d'autre part, certains principes fondamentaux de la physique donnent des contraintes au type de champ qui peut exister et à la forme de leurs interactions.

(en gros, est-ce qu'à 5000 année lumière d'ici, il faut la même collision pour créer un boson de Higgs)

Pas tout à fait. Les lois du modèle standard sont invariantes par translation dans l'espace (c'est d'ailleurs un des principes fondamentaux dont je faisais référence plus haut). Lorsque je parlais des conditions initiales, je faisais référence surtout à l'impulsion initiale des particules qui collisionnent. En fonction de ces impulsions, il y a plus ou moins de chance de produire un boson de Higgs de telle ou telle énergie.

En fait, les bosons sont la résultante de la raisonnance d'un champ. Plus le champ est "puissant" (plus la piscine est remplie), plus l'énergie nécessaire pour crée un quanta est faible (exemple le photon).

En fait, cela dépend du type d'équation auquel obéit le champ, mais cela n'a pas forcément à voir avec la valeur du champ dans son état fondamental (le niveau de la piscine). L'équation du champ possède des solutions qui peuvent se décomposer en mode propre. Si on a affaire à un champ massique (c'est à dire un champ dont les particules possèdent une masse), alors il n'existe pas de mode propre plus bas qu'une certaine fréquence égale à mc²/h. Pour espérer exciter le champ, il faudra donc au moins lui fournir une énergie au moins égale à mc².

Mais une fois le Boson de Higgs créé, il devient quoi?

Il se désintègre très rapidement en donnant d'autres particules plus habituelles.

[invite868286e5]

Il se désintègre très rapidement en donnant d'autres particules plus habituelles.

comment peut-il se désintégrer en particules alors qu'il s'agit d'un quanta d'énergie?

[invitef73a730a]

En donnant des particules de moindre énergie. Un quantum est la plus petite valeur d'énergie associée à un mode d'un champ donné. Mais en se désexcitant, ce mode peut exciter d'autres modes de fréquences moindres appartenant à d'autres champs. Le tout est que la conservation de l'énergie soit respectée.

[invite868286e5]

En donnant des particules de moindre énergie. Un quantum est la plus petite valeur d'énergie associée à un mode d'un champ donné. Mais en se désexcitant, ce mode peut exciter d'autres modes de fréquences moindres appartenant à d'autres champs. Le tout est que la conservation de l'énergie soit respectée.

Il existe combien de champs? Un par type de particule? Ou alors c'est à chaque fois le champ de Higgs mais à des raisonnance différentes?

Et le photon, c'est créé par quoi?

[invitef73a730a]

Dans le modèle standard, il existe 12 champs fermioniques (correspondants à l'électron, le muon, le tauon, les neutrinos et les quarks) et 13 champs bosoniques (correspondant au photon, au boson W,Z et aux gluons et au boson de Higgs). Chaque champ correspond effectivement à un type de particule (mais aussi son antiparticule). Le photon est une excitation du champ électromagnétique exactement de la même manière que le boson de Higgs est une excitation du champs de Higgs.

[invite868286e5]

Dans le modèle standard, il existe 12 champs fermioniques (correspondants à l'électron, le muon, le tauon, les neutrinos et les quarks) et 13 champs bosoniques (correspondant au photon, au boson W,Z et aux gluons et au boson de Higgs). Chaque champ correspond effectivement à un type de particule (mais aussi son antiparticule). Le photon est une excitation du champ électromagnétique exactement de la même manière que le boson de Higgs est une excitation du champs de Higgs.

Ces champs ont quoi comme source?

Le champ électro-magnétique n'est pas du au coeur de la terre?

[invitef73a730a]

Pour répondre à la question, une clarification sémantique me semble nécessaire. On emploie souvent le terme "champ" avec des sens légèrement différents. Lorsque l'on dit la phrase "il n'y a pas de champ magnétique", on emploie le mot "champ" dans un sens qui n'est pas très approprié pour comprendre le concept de champ en tant que système physique. On devrait en réalité plutôt dire "la valeur du champ magnétique est 0 dans cet endroit de l'espace". Un champ en tant que système physique est décrit par l'attribution en tout point de l'espace d'un objet mathématique (que ce soit un scalaire -c'est à dire un nombre normale - un vecteur ou encore dans le cas de la théorie quantique des champs, un opérateur). Autrement dit, un champ en tant que système physique est toujours défini en tout temps et en chaque point de l'espace, et n'a donc pas besoin de source pour exister. Une source ne fait que modifier ses valeurs aux différents points de l'espace. La configuration dans laquelle en tout point de l'espace, sa valeur est égale à 0 n'est qu'une configuration particulière de ce champ, elle n'indique pas que le champ n'existe plus (bien entendu, un champ qui a toujours une valeur de 0 et qui n'interagit pas avec d'autre champ n'a pas grand intérêt en physique puisqu'on ne peut pas savoir qu'il existe).

Une fois dit ceci, dans le modèle standard, les champs sont "des sources" mutuelles, les uns pour les autres. Par exemple, les champs des électrons ou des muons ou des quarks (en bref, de toutes les particules chargées) sont des sources pour le champ électromagnétiques, et la réciproque est vrai.

PS : sur Terre, fort heureusement, le cœur terrestre n'est pas la seule source du champ électromagnétique. Tout objet constitué d'atome, et donc d'électrons, est une source du champ électromagnétique. Le champ électromagnétique est ce qui te permet de ne pas passer à travers le sol et de voir, ce qui permet à tes atomes de rester stable, de former des molécules et des objets solides, etc... En fait, 99% des phénomènes du quotidien (en gros tout ce qui ne relève pas de la gravitation et de la radioactivité) sont fondamentalement des phénomènes électromagnétiques

[coussin]

Dans le modèle standard, il existe 12 champs fermioniques (correspondants à l'électron, le muon, le tauon, les neutrinos et les quarks) et 13 champs bosoniques (correspondant au photon, au boson W,Z et aux gluons et au boson de Higgs). Chaque champ correspond effectivement à un type de particule (mais aussi son antiparticule). Le photon est une excitation du champ électromagnétique exactement de la même manière que le boson de Higgs est une excitation du champs de Higgs.

J'aurais dit que l'électron, le muon et le tau proviennent d'un même champ (massif, chargé et fermionique), non ? Qu'est-ce qui différentie le champ associé à l'électron et celui associé au muon par exemple ?

[invite868286e5]

Je comprend bien la nuance que tu veux apporter en disant: un champ est immuable mais sa valeur peut être égale à 0 et donc ne pas interagir avec la matière (la ralentir, la dévier, créer d'autres particules).

Si j'ai bien compris, c'est les interactions entre particules qui "nourissent" le champ qui lui influence ces mêmes particules? Et quoi c'est l'énergie produite lors des réactions?

Et donc, quand on dit: avant le big bang, l'univers était stable: cela signifie que l'ensemble des champs étaient nul. Pkoi? Car matière et anti-matière s'anihilaient de façon symétrique?

Donc le Big bang est en fait un dérèglement de la symétrie particule/anti-particule?

[invitef73a730a]

J'aurais dit que l'électron, le muon et le tau proviennent d'un même champ (massif, chargé et fermionique), non ? Qu'est-ce qui différentie le champ associé à l'électron et celui associé au muon par exemple ?

Tout d'abord, il y a effectivement une ambiguïté à compter ainsi le nombre de champs. Par exemple, j'ai compté le champ électromagnétique pour 1, alors qu'il se compose lui même du champ magnétique et du champ électrique, qui se composent eux-même de trois champs (vu que ce sont des champs vectoriels). Mais comme ces champs ont entre eux une étroite relation dans le cadre de la relativité, je n'ai compté qu'un champ. On pourrait dire la même chose du champ électronique et celui du neutrino, qui sont également en quelque sorte imbriqués dans la symétrie de jauge de l'interaction faible, symétrie qui est cependant spontanément brisée.
En revanche pour l'instant, les champs de l'électron et du muon sont complètement indépendants. Ils obéissent à des équations de champs similaires, mais avec un terme de masse différent.

Si j'ai bien compris, c'est les interactions entre particules qui "nourissent" le champ qui lui influence ces mêmes particules? Et quoi c'est l'énergie produite lors des réactions?

Dans la vision classique, les fermions (électrons, etc...) sont des particules, et les interactions entre particules sont propagées par les champs bosoniques (par exemple le champ électromagnétique). Dans cette vision, les sources des champs sont les particules, et en réaction les champs agissent sur les particules (les particules interagissent donc indirectement entre elles, seulement via les champs). En théorie quantique des champs, les seules entités de base sont les champs, et toutes les particules sont des quanta d'énergie de ces champs. Une "réaction" est donc un transfert d'énergie entre deux champs. Ce transfert modifie l'état des différents champs (ce qu'on interprète en terme particulaire soit par le fait que des particules ont été annihilées/crées, soient qu'elles ont changé d'énergie/impulsion)

Et donc, quand on dit: avant le big bang, l'univers était stable: cela signifie que l'ensemble des champs étaient nul

Je n'ai jamais entendu dire ça