MQ et LHC!

[shmikkki]

Bonjour à tous,

Après lecture d'un livre sur la physique quantique (vulgarisé!), une question m'est venue.
Il est dit dans ce livre qu'on ne peut connaitre en MQ la position et la vitesse d'une particule en même temps. On peut connaitre soit l'un, soit l'autre, et cela dépend du dispositif expérimental mis en place pour la mesure (interprétation de Copenhague). Jusque là ok.

Mais il est dit plus loin, que donc on ne peut connaitre la trajectoire d'une particule, car la trajectoire d'un corps est une succession de positions, en prenant en compte la vitesse. Là je me suis dit que c'était logique, compte tenu de l'interprétation de Copenhague. Mais en regardant les résultats des expérience CMS et ATLAS du LHC je me pose des questions: On voit bien que ces détecteurs captent les trajectoires des particules?!
Par exemple, on voit bien dans l'expérience des fentes de Young que un dispositif permettant de savoir par ou est passé chaque électron casse les franges d'interférences. Quand est-il du LHC? Le dispositif mis en place dans les détecteurs capte plutôt des corps ou des ondes (si j'ose dire, en langage "rapide"!)?

Bref, voilà le bug, je ne comprends pas comment le LHC peut capter des trajectoire de particules, alors que la MQ dit que ce n'est pas possible.
Je me doute qu'il y a un truc que j'ai pas compris ...

Merci d'avance pour vos réponses!
-----

[invite23876543123]

Parce qu'en fait au LHC c'est une signature caractéristique qu'on obtient et non une trajectoire !

[albanxiii]

Bonjour,

Mais en regardant les résultats des expérience CMS et ATLAS du LHC je me pose des questions: On voit bien que ces détecteurs captent les trajectoires des particules?!

Le principe d'incertitude dit que, pour l'axe , par exemple, .
En regardant ici http://lastethese.free.fr/node45.html par exemple, vous verrez que la résolution des trajectographes est largement supérieure à cette limite.

@+

[Deedee81]

Bonjour,

Il y a un beau résultat donné dans le livre de MQ de Léonard L. Schiff. Il prend le cas d'une particule décrite par une onde plane. Il a une impulsion précise (direction et grandeur de la vitesse précise) mais une position totalement imprécise. En arrivant dans une chambre a bulle, la particule atteint un "plan d'atomes" (perpendiculaire à sa trajectoire) avec des atomes a, b, c, d,.... Chaque atome a autant de chance qu'on autre de détecter le passage de la particule. Disons que l'atome qui réagit est le d. Un peu plus loin, on a encore des atomes, a', b', c', d',.... alignés avec a,b,c,d,.. le long de la trajectoire considérée. Quelle est alors la probabilité que la particule interagisse avec a', b', c', d', ... ? On montre que si la particule avait interagit avec d, alors la probabilité qu'il interagisse avec d' est fortement amplifiée. Des atomes alignés le long de la trajectoire ont plus de chance de détecter la particule que des atomes situés un peu n'importe où.

Il y a donc une réduction de la fonction d'onde le long d'une trajectoire précise, même si l'interaction avec chaque atome est extrêmement faible. Cela devrait introduire une incertitude dans la composante transversale de l'impulsion mais..... heureusement.... voir le message de Albanxiii.

[A voir en vidéo sur Futura]

[albanxiii]

Bonjour Deedee,

En fait, est-ce qu'on peut dire qu'on mesure des valeurs moyennes successives de la position et de l'impulsion de la particule le long de sa trajectoire ? (qui elles mêmes obéissent aux relations d'Ehrenfest)

@+

[Deedee81]

En fait, est-ce qu'on peut dire qu'on mesure des valeurs moyennes successives de la position et de l'impulsion de la particule le long de sa trajectoire ? (qui elles mêmes obéissent aux relations d'Ehrenfest)

Je ne crois pas car lorsqu'on mesure la position de la particule (par exemple en ayant des bulles dans la chambre à brouillard) il s'agit d'une valeur propre particulière de l'opérateur position et non de la moyenne. Et les mesures successives (le long de la trajectoire) ne sont pas identiques à la moyenne (sur un grand nombre de particules dans le même état quantique). Par contre, il y a surement un lien entre les valeurs successives et le théorème d'Ehrenfest. Hummmm, faut juste y réfléchir (et je n'ai pas le bouquin en question sous la main)

[curieuxdenature]

Bref, voilà le bug, je ne comprends pas comment le LHC peut capter des trajectoire de particules, alors que la MQ dit que ce n'est pas possible.
Je me doute qu'il y a un truc que j'ai pas compris ...

Merci d'avance pour vos réponses!

Bonjour

la détection d'une seule particule peut se matérialiser sous forme de trajectoire si elle ne cède qu'une partie de son énergie à chaque impact.
Un photon gamma peut traverser une dizaine de plaques photographiques, leur développement rend compte d'une trajectoire bien nette.
Au LHC on n'utilise plus cette méthode archaïque mais des détecteurs à semi-conducteurs et le principe reste le même.

http://www.lhc-france.fr/les-experie...rand-detecteur

[shmikkki]

Bonjour à tous,

Merci pour vos réponses, mais je ne crois pas avoir le niveau nécessaire pour les comprendre à leur juste valeur ...

Notamment la réponse d'Albanxiii ... je ne comprend pas beaucoup non plus le lien donné.

Il y a un beau résultat donné dans le livre de MQ de Léonard L. Schiff. Il prend le cas d'une particule décrite par une onde plane. Il a une impulsion précise (direction et grandeur de la vitesse précise) mais une position totalement imprécise. En arrivant dans une chambre a bulle, la particule atteint un "plan d'atomes" (perpendiculaire à sa trajectoire) avec des atomes a, b, c, d,.... Chaque atome a autant de chance qu'on autre de détecter le passage de la particule. Disons que l'atome qui réagit est le d. Un peu plus loin, on a encore des atomes, a', b', c', d',.... alignés avec a,b,c,d,.. le long de la trajectoire considérée. Quelle est alors la probabilité que la particule interagisse avec a', b', c', d', ... ? On montre que si la particule avait interagit avec d, alors la probabilité qu'il interagisse avec d' est fortement amplifiée. Des atomes alignés le long de la trajectoire ont plus de chance de détecter la particule que des atomes situés un peu n'importe où.

Il y a donc une réduction de la fonction d'onde le long d'une trajectoire précise, même si l'interaction avec chaque atome est extrêmement faible. Cela devrait introduire une incertitude dans la composante transversale de l'impulsion mais..... heureusement.... voir le message de Albanxiii.

Donc ... si j'ai bien compris ...
En sachant par quel atome est passé la particule (a, b, c ou d) on peut dire qu'il y a une probabilité (assez forte) qu'elle passe par l'atome "suivant" (a', b', c', ou d'). Et donc on peut avoir sa trajectoire.
Mais en ayant un tel dispositif, c'est à dire en voulant savoir par quel atome la particule est passée, on augmente l'imprécision sur sa vitesse, non?
(Est-ce similaire aux fentes de Young?).

[Deedee81]

En sachant par quel atome est passé la particule (a, b, c ou d) on peut dire qu'il y a une probabilité (assez forte) qu'elle passe par l'atome "suivant" (a', b', c', ou d'). Et donc on peut avoir sa trajectoire.

C'est ça.

Mais en ayant un tel dispositif, c'est à dire en voulant savoir par quel atome la particule est passée, on augmente l'imprécision sur sa vitesse, non?

En effet, c'est ce qui était dit plus haut (on parlait d'impulsion, mais ça revient au même).

Mais heureusement l'interaction est faible (voir message de curieuxdenature) et c'est plutôt un "groupe" d'atomes qui est touché (on a une condensation, par exemple, dans une chambre à brouillard et une gouttelette, c'est un très grand nombre d'atomes). La précision obtenue sur la trajectoire est largement suffisante pour les besoins, mais cette précision n'est "pas trop grande" et l'incertitude induite sur l'impulsion (et donc la vitesse) est très faible (voir le lien donné message 3).

Par contre, si l'interaction était forte, la particule percuterait un atome (ça lui arrive d'ailleurs, de temps en temps) violemment, et il y aurait forte localisation de la particule et celle-ci repartirait un pu dans n'importe quelle direction.

Dans l'explication, j'aurais dû parler de "petites zones" a, b, c,...

(Est-ce similaire aux fentes de Young?).

Non, pas vraiment, on ne fait ni diffraction à la sortie d'une fente, ni interférences. En outre la longueur d'onde des particules est petite (car elles sont très rapides).

En fait, c'est même l'inverse. Dans une expérience de Young, la fente étroite provoque une localisation (ou deux ) précise de la particule qui se disperse alors dans tous les sens (ce n'est rien d'autre que la diffraction de la lumière !!!!). Alors qu'ici la localisation est faible et n'induit pas de diffraction notable. Le fait que la particule soit massive aide (dans la longueur d'onde de de Broglie d'une particule, ce qu'on a au dénominateur, c'est m.v).

[shmikkki]

Merci pour ces précisions, plus à ma portée!

Par contre, si l'interaction était forte, la particule percuterait un atome (ça lui arrive d'ailleurs, de temps en temps) violemment, et il y aurait forte localisation de la particule et celle-ci repartirait un pu dans n'importe quelle direction.

Et dans un tel cas je suppose que l'incertitude sur la vitesse est énorme, non?

En fait, c'est même l'inverse. Dans une expérience de Young, la fente étroite provoque une localisation (ou deux ) précise de la particule qui se disperse alors dans tous les sens (ce n'est rien d'autre que la diffraction de la lumière !!!!). Alors qu'ici la localisation est faible et n'induit pas de diffraction notable. Le fait que la particule soit massive aide (dans la longueur d'onde de de Broglie d'une particule, ce qu'on a au dénominateur, c'est m.v).

Une autre question me vient ... (désolé!):
Si on prend un laser et qu'on mesure la vitesse de la lumière, mais à un niveau très très petit, à un niveau quantique, on ne sera pas embêté à un moment? La mesure d'une vitesse c'est bien le temps divisé par la distance. Mais pour avoir la distance, il faut 2 "endroits", 2 "localités". Du coup, à un niveau très très petit, peut-on vraiment mesurer la vitesse de la lumière avec précision?
(Je me rends compte que ma question n'est peut être pas claire, mais j'espère que vous décrypterez peut être un peu ce que je veux dire ... )

[albanxiii]

Bonjour,

Notamment la réponse d'Albanxiii ... je ne comprend pas beaucoup non plus le lien donné.

Désolé, ne connaissant pas l'étendu de vos connaissances, j'ai voulu bien faire Gardez le pour plus tard...
Mais heureusement Deedee est là pour rattraper.

@+

[curieuxdenature]

Une autre question me vient ... (désolé!):
Si on prend un laser et qu'on mesure la vitesse de la lumière, mais à un niveau très très petit, à un niveau quantique, on ne sera pas embêté à un moment? La mesure d'une vitesse c'est bien le temps divisé par la distance. Mais pour avoir la distance, il faut 2 "endroits", 2 "localités". Du coup, à un niveau très très petit, peut-on vraiment mesurer la vitesse de la lumière avec précision?
(Je me rends compte que ma question n'est peut être pas claire, mais j'espère que vous décrypterez peut être un peu ce que je veux dire ... )

rebonjour

le problème vis-à-vis de la MQ ne se pose pas vraiment là parce qu'on n'a pas les moyens technologiques de faire une telle mesure, en fait plus la distance est grande et meilleure est la précision, ce qui fait qu'on s'en satisfait.

Mais bon, au LHC (ou dans n'importe quel 'usine' du même genre) le problème n'est pas non plus en rapport avec la MQ, avec la détection le problème est surtout de savoir reconnaitre la ou les signatures des particules qu'on est sensé faire naitre dans les collisions. Par signatures on entend produits de la désintégration. L’hypothétique boson de Higgs ne se désintègre pas n'importe comment mais dans le fatras des données recueillies il y a du boulot, il est surtout là le hic.

[Deedee81]

Salut,

Et dans un tel cas je suppose que l'incertitude sur la vitesse est énorme, non?

Oui.

Si on prend un laser et qu'on mesure la vitesse de la lumière, mais à un niveau très très petit, à un niveau quantique, on ne sera pas embêté à un moment? La mesure d'une vitesse c'est bien le temps divisé par la distance. Mais pour avoir la distance, il faut 2 "endroits", 2 "localités". Du coup, à un niveau très très petit, peut-on vraiment mesurer la vitesse de la lumière avec précision?

Tu as tout à fait raison, mais ça nécessite tout de même quelques petits commentaires :
- Pour la précision nécessaire (par exemple pour la définition du BPM du mètre), l'imprécision quantique est trop faible pour être gênante.
- D'autres effets peuvent être plus gênant :
= Les fluctuations thermiques (de beaucoup d'ordres de grandeurs plus importants que les fluctuations quantiques)
= Les vibrations mécaniques mêmes infimes. Ces deux effets sont des plaies contre lesquels lutent ceux travaillant sur des projets comme VIRGO (détection des ondes gravitationnelles)
= la dispersion d'un paquet d'onde lumineuse (il faut une impulsion très étroite pour mesurer la vitesse, sinon c'est compliqué), cet effet est aussi lié à la mécanique quantique (longueur d'onde précise => forte dispersion).
- Ces incertitudes quantiques peuvent malgré tout être une gêne dans certaines expériences. Mais il peut parfois exister des moyens de contourner le problème. Dans certaines expériences d'optiques quantiques on "polarise" le vide quantique, c'est-à-dire qu'on va modifier l'état du vide afin de diminuer les fluctuations d'un certain type au détriment d'une autre (les variables conjuguées, par exemple la polarisation dans des directions perpendiculaires, les variables durée/énergie = fréquence, position/impulsion). On peut aussi jouer sur la longueur du trajet du laser ou d'autres paramètres (par exemple, répéter la mesure afin d'effectuer une moyenne statistique. Avec un laser pulsé et de l'électronique, on peut aisément obtenir une moyenne sur des millions ou des milliards de mesures !)
- Dans d'autres cas, ce sont des effets recherchés. J'ai vu la description d'une expérience où les auteurs espèrent mettre en évidence les fluctuations quantiques de l'espace-temps (je suis resté assez sceptique, je n'ai rien vu dans leur expérience qui permettrait de les distinguer des fluctuations quantiques habituelles, mais je peux me tromper. Si ça ne fait pas un flop, il y aura certainement publications d'ici peu à quelques années, on en saura alors plus).

[shmikkki]

Ok, merci à vous tous pour vos réponses!!
Bref, pour résumer, le principe d'incertitude (d'indétermination) n'est pas aussi fort que je le pensais.

[Deedee81]

Ok, merci à vous tous pour vos réponses!!
Bref, pour résumer, le principe d'incertitude (d'indétermination) n'est pas aussi fort que je le pensais.

Bon résumé. Les cas où il est gênant sont quand même assez rares et ne sortent pas des laboratoires sauf cas exceptionnel (je n'ai pas d'exemple en tête. Par exemple, en électronique, le bruit de grenaille est d'origine quantique mais il est dû au fait que les charges sont quantifiées, pas à cause de l'indétermination quantique).

[Amanuensis]

Bref, pour résumer, le principe d'incertitude (d'indétermination) n'est pas aussi fort que je le pensais.

Il n'a jamais été "plus fort" (ni moins) que de l'ordre de h, soit 6.6 10^-34 J.s, ce qui n'est pas gras... Même à l'échelle atomique cela ne fait "que" 4.1 10^-15 eV.s, ou 4.1 eV.fs

En quels "termes" le pensiez-vous fort ?

[Amanuensis]

Les cas où il est gênant sont quand même assez rares

Mais les cas utiles très courants... Les atomes et molécules stables, c'est bien utile!

[Deedee81]

Salut,

En quels "termes" le pensiez-vous fort ?

D'après notre discussion, affectant de manière plus importante, des choses comme la mesure de c ou la détection des trajectoires, qu'il ne pensait.

Mais les cas utiles très courants... Les atomes et molécules stables, c'est bien utile!

J'y ai pensé. Et je me suis dit "bon, on va surement me dire "et les atomes alors, ils n'existent pas dans la vie courante ?". Puis je me suis dit, "c'est rien, j'ai précisé gênant". Et v'là que t'y as pensé aussi mais tu ne t'es pas fait avoir, bien vu

[shmikkki]

En quels "termes" le pensiez-vous fort ?

Justement, je ne sais pas du tout.
Quand je pense aux fentes de Young, si on veut savoir par quelle fente est passer le photon (ou l’électron), on perd les franges d'interférences. Les fentes ne sont pas "si" petites (du moins bien plus grande que h), du coup je ne savais pas trop ...
(Mais peut être aussi que le principe d'incertitude n'a rien à voir avec les fentes de Young et que je n'ai pas vraiment compris cette expérience ...).

[invite6754323456711]

Justement, je ne sais pas du tout.
Quand je pense aux fentes de Young, si on veut savoir par quelle fente est passer le photon (ou l’électron), on perd les franges d'interférences. Les fentes ne sont pas "si" petites (du moins bien plus grande que h), du coup je ne savais pas trop ...
(Mais peut être aussi que le principe d'incertitude n'a rien à voir avec les fentes de Young et que je n'ai pas vraiment compris cette expérience ...).

Mécanique quantique : "tout le monde" est d’accord sur les calculs, tout le monde est d’accord sur les résultats que doivent donner les expériences ,mais les problèmes commencent quand il s’agit de les interpréter. Heureusement, nous pouvons construite une theorie mathématiquement cohérente au regard des expérimentations que nous pouvons réaliser qui va au delà des notions d’ondes et de particules intimement liées à l’intuition que nous en avons en lien avec notre apprentissage d'un monde perçu par nos sens.

Patrick





Patrick

[shmikkki]

Mécanique quantique : "tout le monde" est d’accord sur les calculs, tout le monde est d’accord sur les résultats que doivent donner les expériences ,mais les problèmes commencent quand il s’agit de les interpréter. Heureusement, nous pouvons construite une theorie mathématiquement cohérente au regard des expérimentations que nous pouvons réaliser qui va au delà des notions d’ondes et de particules intimement liées à l’intuition que nous en avons en lien avec notre apprentissage d'un monde perçu par nos sens.

Joli résumé!

HS: C'est dingue cette contradiction entre la cohérence mathématique et la "décohérence" de notre intuition. Comme si les mathématiques dépassaient l'intuition humaine ... alors que les mathématiques eux même découlent de l'esprit humain!

[invite6754323456711]

HS: C'est dingue cette contradiction entre la cohérence mathématique et la "décohérence" de notre intuition. Comme si les mathématiques dépassaient l'intuition humaine ... alors que les mathématiques eux même découlent de l'esprit humain!

On cherche un langage formel réduit à sa plus simple expression nous permettant d'inférer un raisonnement prédictif relativement aux connaissances que nous avons pu nous construire. Cependant cette logique prédictive, ne semble pas, manifestement, satisfaire toute nos attentes d'Homo sapiens. Il nous faut aussi nous construire un sens descriptif et explicatif qui sont du ressort du domaine de la sémantique/interprétation.

Patrick