Boson de Higgs : relativité & masse

[rom1v]

Bonjour,

Je ne connais du boson de Higgs que des vulgarisations, par exemple celle-ci.

Je me pose deux questions :

1. La masse provient de l'interaction de la matière avec le champs de Higgs, comme une "cuillère dans la confiture". Mais une cuillère dans la confiture s'oppose au mouvement (par rapport à la confiture), alors que la masse s'oppose à l'accélération (absolue). Comment quelque chose présent dans l'espace pourrait s'opposer à l'accélération des particules sans s'opposer à leur "mouvement" rectiligne uniforme ?

2. Si c'est le boson de Higgs qui donne sa masse aux particules, comment doit-on comprendre que le boson de Higgs a lui-même une masse non-nulle ?

Merci de vos éclaircissements
-----

[Deedee81]

Salut,

2. Si c'est le boson de Higgs qui donne sa masse aux particules, comment doit-on comprendre que le boson de Higgs a lui-même une masse non-nulle ?

Il interagit avec lui-même (ou plutôt entre plusieurs Higgs).

Pour le 1 et d'une manière générale : j'ai écrit un long article de vulgarisation sur l'origine de la masse :

http://fr.scribd.com/doc/151008374/La-masse-pdf

C'est tout à fait abordable et une bonne partie est en rapport avec le Higgs.

[CM63]

Bonjour Deedee81,

Dans ton article, n'y a-t-il pas un problème dans le passage:

Notons que localement, il existe toujours un choix de repère tel que la relativité restreinte est d’application puisque l’on a localement équivalence entre gravité et accélération en l’absence de gravité (et en l’absence de gravité). Cela offre un outil privilégié pour la formulation de la relativité générale. C’est la formulation moderne du principe d’équivalence.

Bonne journée.

[ThM55]

En théorie quantique des champs, la masse d'une particule se manifeste comme un terme quadratique du champ dans le lagrangien, ou linéaire dans l'équation d'evolution. Le champ de Higgs a des termes de degré 2 et de degré 4. Quand on tient compte de la brisure de symétrie, et on donne une valeur finie à ce champ, il se fait que les autres champs attrapent un terme au carré dans leur lagrangien, donc une masse. Galilée disait que la nature parle le langage mathématique. Il avait raison, ce n'est pas de la confiture, mais des maths.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mariposa]

Bonjour,

Je ne connais du boson de Higgs que des vulgarisations, par exemple celle-ci.

Je me pose deux questions :

1. La masse provient de l'interaction de la matière avec le champs de Higgs, comme une "cuillère dans la confiture". Mais une cuillère dans la confiture s'oppose au mouvement (par rapport à la confiture), alors que la masse s'oppose à l'accélération (absolue). Comment quelque chose présent dans l'espace pourrait s'opposer à l'accélération des particules sans s'opposer à leur "mouvement" rectiligne uniforme ?[

Bonjour,

C'est vraiment les limites de la vulgarisation qui finit par des histoires de cuillères dans la confiture.

Une façon simple et correcte est de regarder ce mécanisme en termes de transition de phase.


A l'occasion d'une transition de phase il y a redistribution de l'énergie entre les constituants. A très haute température cad quelques µS apres le big bang l'énergie est dans le champ de Higgs et les autres champs ont une masse nulle (ne pas oublier que la masse n'est rien d'autre qu'une forme d'énergie, E= m.C2). A la transition de phase le champ de Higgs perd de l'énergie et la donne aux autres champs sous forme de masse.

2. Si c'est le boson de Higgs qui donne sa masse aux particules, comment doit-on comprendre que le boson de Higgs a lui-même une masse non-nulle ?

Merci de vos éclaircissement

s

C'est une bonne question, mais c'est le lot de la physique qui est de résoudre des problèmes qui en posent d'autres. Une réponse générale possible dans le cadre de la théorie des cordes est que la compactification des dimensions spatiales supplémentaires impose des masses aux particules. Nous sommes là bien sur dans l'hyperspéculation

[yo6sky]

Moi je comprends toujours pas: l explication avec boson de Higgs et relativité générale c compatible?

[Deedee81]

Bonjour,

Bienvenue sur Futura.

Attention yo6sky, tu es intervenus dans un fil ancien. C'est toujours ennuyant (certains participants peuvent avoir quitté Futura).

Moi je comprends toujours pas: l explication avec boson de Higgs et relativité générale c compatible?

Pourquoi seraient-il incompatibles ?

Le boson de Higgs explique la masse des particules élémentaires (électrons, quarks, ...) et uniquement de ceux-là.
La masse des protons, par exemple, est due en grande partie à l'énergie de liaison des quarks (via la relation E=mc²), la masse des quarks ne donnant que quelques pourcents.

D'un autre coté, la source du champ gravitationnel (= courbure espace-temps) c'est l'énergie en relativité générale et non pas la masse !!!
(en fait la masse intervient beaucoup à causse de E=mc², la vitesse de la lumière c étant grande, "l'énergie de masse" est souvent majoritaire)

Donc il n'y a pas de raison d'avoir des difficultés pour accoupler ou marier (ça dépend des lois en vigueurs dans chaque pays :rire désolé pour ce trait d'humour) le Higgs et la relativité générale. on sait que la relativité générale et la mécanique quantique sont comme chien et chat, mais c'est pour d'autres raisons.

[invite69406436]

Oups faut payer pour scribd je l'ai déjà fait pour une partie de te œuvres mais là?

[Deedee81]

Salut,

Oups faut payer pour scribd je l'ai déjà fait pour une partie de te œuvres mais là?

Hélas oui, ceci dit si c'est un de mes documents, je peux l'envoyer par mail.

[yo6sky]

Moi je comprends toujours pas: l explication avec boson de Higgs et relativité générale c compatible?

[Deedee81]

Moi je comprends toujours pas: l explication avec boson de Higgs et relativité générale c compatible?

Bonjour,

J'ai donné l'explication ci-dessus. Si tu n'as pas compris, reposer juste la question ne fera pas avancer les choses. Tu risques juste de recevoir la même réponse !!!!!
Il serait plus utile de dire ce que tu n'as pas compris dans le message 7.

[yo6sky]

Ma réponse était merci. Mais j ai du faire une fausse manip et ça a réécrit mon message.

[yo6sky]

Du coup , OK pour la réponse. Ça suscite chez moi une nouvelle question. Pourquoi ne dit on pas que c est la masse ( issue de l interaction des objets avec les bosons de Higgs) qui serait a l origine de la déformation de l espace temps?

[Deedee81]

Salut,

Ma réponse était merci. Mais j ai du faire une fausse manip et ça a réécrit mon message.

D'accord. Comme je dis toujours : "gloire et décadence du copier-coller"

Du coup , OK pour la réponse. Ça suscite chez moi une nouvelle question. Pourquoi ne dit on pas que c est la masse ( issue de l interaction des objets avec les bosons de Higgs) qui serait a l origine de la déformation de l espace temps?

Parce que.... ce n'est pas le cas.

L'origine de la déformation de l'espace-temps, le "terme source", en relativité générale, c'est le "tenseur énergie-impulsion". L'équation qui décrit ça est la bien nommée équation d'Einstein :


Où le terme de gauche est le tenseur de courbure d'Einstein et T est le tenseur énergie-impulsion.
Ce dernier comprend une composante (T00) qui est l'énergie, les autres composantes diagonales (Tii) sont l'impulsion et les composantes non diagonales sont des termes de contraintes.
C'est donc loin d'être trivial.

Ceci dit, la partie la plus importante de l'énergie est généralement.... la masse ! A cause de et du fait que la vitesse de la lumière (c) est très élevée (donc même si m est petit, E est grand).
C'est pour cela qu'en première approximation, la théorie de Newton de la gravitation marche bien (et elle utilise la masse). Et je rappelle que la masse issue de l'interaction avec le Higgs, ce n'est qu'une petite partie de la masse. L'essentiel de la masse ne vient pas du Higgs, il vient de l'énergie de liaison nucléaire (quarks et gluons) et encore et toujours ce bon vieux

[invite69406436]

En plus je crois savoir que les deux tenseurs ne sont pas indépendants: l'énergie déforme l'espace et la déformation d'espace change la densité d'énergie.

Finalement il n'y a que de l'énergie peut-on dire que la masse est de l'énergie condensée?

[Deedee81]

Salut,

En plus je crois savoir que les deux tenseurs ne sont pas indépendants: l'énergie déforme l'espace et la déformation d'espace change la densité d'énergie.

En effet, il faut aussi tenir compte de l'équation des géodésiques (qui permet de savoir comment la matière va se déplacer en chute libre) et de l'équation d'état de la matière (ou autre : équations EM, etc...) pour ce qui n'est pas gravitationnel (mais la gravité influence, il faut formuler les équations de manière covariante ce qui n'est pas toujours trivial). On a alors tout en main mais ça reste coton de chez coton. Les solutions analytiques sont rares.

Finalement il n'y a que de l'énergie peut-on dire que la masse est de l'énergie condensée?

Je n'aime pas trop cette expression mais elle est parfois employée en vulgarisation et, ma foi, ce n'est pas faux.

[Nombrilist]

Bonjour,

J'espère ne pas faire de hors-sujet, mais je me pose une question. On parle souvent de courbure de l'espace. Mais pour courber quelque chose, cela sous-entend qu'il a une structure. Et si il a une structure, cela signifie qu'il y a "quelque chose" qui lui confère sa forme. Sait-on quel est ce "quelque chose" et sait-on pourquoi ce "quelque chose" change de forme en présence d'une masse ?

[invite69406436]

C'est de la topologie un espace à N dimension peut être de courbure positive (genre sphère) négative (genre selle de cheval ) ou nulle (genre plan) indépendamment de ce qu'il contient il se trouve que les masses courbent en plus tout espace en fonction de la relativité générale.

[Nombrilist]

Merci Viiksu, mais ça c'est une réponse mathématique. ça ne répond pas à qu'est ce qui donne sa structure à l'espace. Mais quelle est le "matériau" qui confère sa forme à l'espace et dans lequel les objets se déplacent et qui est susceptible de se changer de forme ? Il me semble que l'on considère qu'en fait, la gravité n'exerce pas de vraie force, mais que la déformation de l'espace est tellement grande autour d'un objet massif qu'un objet plus petit qui suit un mouvement inertiel rectiligne uniforme se met à tourner alors qu'il se déplace en réalité tout droit dans cet espace courbé. De fait, pour l'observateur, tout se passe comme si une force (son poids) s'appliquait à cet objet, mais en réalité, physiquement, ce n'est pas le cas. Mais tout aussi physiquement, qu'est ce qui donne sa forme à l'espace ?

[invite69406436]

Et bien tu viens de le dire c'est la masse elle même qui déforme l'espace. C'est le concept fondateur de la RG.Et plus généralement l'énergie courbe l'espace. La RG dit simplement que la courbure locale de l'espace dépend de son contenu en impulsion-énergie = énergie de masse plus énergie cinétique.

[Deedee81]

Salut,

Nombrilist, en plus des remarques de Viiksu correctes quelques précisions sur la manière de voir les choses :

Il n'y a pas de matériau/substance à l'espace-temps. Une bonne manière pour comprendre est sans doute l'approche relationnelle :
- Les systèmes physiques : particules, planètes, pommes, voitures à essence,.... interagissent entre-elles par échange de particules : photons, vent solaire, rayons cosmiques, courrier postal, etc...
- Cela forme un réseau gigantesque. Ce réseau est l'espace-temps. Et la géométrie de l'espace-temps décrit la structure de ce réseau
- Il se fait (c'est un constat) que la meilleure description connue est donné par les variétés riemaniennes
- les équations, déduites de l'expérience et de cette modélisation, de la relativité générale possèdent une propriété importante appelée : "invariance par difféomorphisme". Une expression mathématique barbare qu'on peut traduire par "indépendance des lois physiques à l'arrière-plan". Tu peux encore traduire cela par "il n'existe pas de scène de théâtre sur laquelle les objets sont disposés" ou, justement, que cette scène de théâtre c'est les relations entre les acteurs.

Cela devrait répondre (partiellement) à tes questions. Mais si tu en as d'autres, n'hésite pas

[invite69406436]

Hello Deedee,
Ah oui les variétés je me suis arraché les cheveux avec le bouquin de Penrose je n'ai rien compris avec les notions de coordonnées variantes, contravariantes, surface tangente, variétés différentielles et tout cela ... Si tu as une doc (et je sais que tu en as forcément une ) je suis preneur.

[Deedee81]

Salut,

Je n'ai pas de doc, par contre j'ai lu ceci :
https://www.amazon.fr/calcul-tensori...el+en+physique

Vraiment excellent. Ce n'est pas de la géométrie différentielle (il n'y en a qu'une grosse larme) mais tu as tout sur les vecteurs, les tenseurs, le cas des espaces courbes et bien sûr les notations covariantes, contravariantes,... Et j'ai trouvé le livre très pédagogique.
C'est vraiment la première marche avant de s'attaquer aux variétés et la géométrie différentielle (pour laquelle je n'ai pas de doc, j'en ai appris que le minimum à travers le livre Gravitation de MTW)

[invite69406436]

Merci je termine le cours de cosmologie de Richard Taillet et je m'y mets.

[Nombrilist]

Merci Deedee et Viisku. Comme quoi même des gens comme Etienne Klein ne vulgarisent pas si bien que cela. A l'écouter, j'avais l'impression que ce qui donnait sa masse à la matière était le champ de Higgs, mais je vois donc qu'il n'en est rien. Le champ de Higgs ne fait que donner leurs masses aux particules. Quant à l'espace qui n'existerait finalement que parce que la matière-énergie existe, alors je ne vois pas pourquoi on parle très généralement de "déformation de l'espace en présence de matière-énergie". On devrait parler de formation de l'espace par la présence de matière-énergie ?

[Deedee81]

Salut,

Je ne connais pas assez la vulgarisation de Klein pour pouvoir en juger (tout est en vidéo et je sais regarder mais pas écouter. Ce n'est pas très pratique ).

Par contre, la mauvaise vulgarisation c'est très (trop) courant. Et je connais certains grands scientifiques (que je ne nommerai) pas qui vulgarisent comme des pieds. C'est difficile d'être bon dans tous les domaines

Le champ de Higgs ne fait que donner leurs masses aux particules

Et même aux particules élémentaires. Par exemple, la masse d'un proton ne doit que très peu au Higgs (la masse des quarks n'est qu'une fraction de la masse du proton).

Quant à l'espace qui n'existerait finalement que parce que la matière-énergie existe, alors je ne vois pas pourquoi on parle très généralement de "déformation de l'espace en présence de matière-énergie". On devrait parler de formation de l'espace par la présence de matière-énergie ?

Juste un point de langage Amha. Au niveau théorique il n'y a pas d'ambiguïté, juste une équation (d'Einstein) égalant le tenseur de courbure (d'Einstein, dérivé de celui de Riemann) et le tenseur énergie-impulsion.
Attention, ne pas induire de ma phrase que l'espace-temps est la matière Le tenseur de courbure d'Einstein ne contient que la moitié des degrés de liberté de la courbure de l'espace-temps (10 composantes indépendantes versus 20).

[invite69406436]

La répartition d'énergie-impulsion ne crée pas l'espace elle le courbe c'est tout. L'interaction du Boson de Higgs avec les particules originellement sans masse est extrêmement complexe et je ne sais pas si beaucoup de gens la comprennent.

[Deedee81]

La répartition d'énergie-impulsion ne crée pas l'espace elle le courbe c'est tout. L'interaction du Boson de Higgs avec les particules originellement sans masse est extrêmement complexe et je ne sais pas si beaucoup de gens la comprennent.

La théorie quantique des champs, surtout jusqu'au champs de jauge (c'est le domaine du Higgs), c'est en effet beaucoup plus compliqué que la relativité générale.

[Nombrilist]

Et comment vulgariseriez-vous ce qu'est l'espace, pourquoi il existe, ce qui lui donne sa forme, etc ? Parce que là, vous parlez de choses très techniques. J'ai besoin de me raccrocher à quelque chose de plus simple. Je suis biologiste des poissons, pas mathématicien, ni physicien.

[pm42]

Et comment vulgariseriez-vous ce qu'est l'espace, pourquoi il existe, ce qui lui donne sa forme, etc ? Parce que là, vous parlez de choses très techniques. J'ai besoin de me raccrocher à quelque chose de plus simple. Je suis biologiste des poissons, pas mathématicien, ni physicien.

Le problème, c'est que c'est des maths. Ta remarque plus haut sur "pour courber quelque chose, il faut qu'il ait une structure, etc" correspond à ton intuition. Mais en maths, on sait définir des espaces avec une courbure intrinsèque, sans avoir besoin de la dite structure.

C'est un peu la même chose que si tu te fies à ton intuition : tu en déduis que la Terre est plate parce que sinon, d'autres auraient la tête à l'envers, ils tomberaient, etc.
C'est logique : tu extrapoles depuis la gravité localement et de tes expériences : si on inverse quelque chose, il tombe.

Mais si tu sais que c'est la Terre elle même qui génère le champ de gravité, tu acceptes très bien que les australiens sont comme toi attirés par le centre et que ça marche.

Là, c'est la même chose. Imagine que tu es un être à 1 dimension. Tu vis sur une courbe. Rien d'autre n'existe, elle n'est pas plongée dans un espace plus grand. Elle peut être droite et infinie et elle n'a pas de courbure. Maintenant, elle peut-être aussi un cercle et tu vas t'en rendre compte en faisant le tour. Donc elle a une courbure.
Maintenant, tu es un être à 2 dimensions. Tu vis sur un plan.
Là, c'est plus facile : tu vois qu'il peut être plat ou courbé.
Si tu mesures des sommes d'angles de triangle, tu vas trouver 180° seulement si c'est plat. Idem pour les parallèles.

Maintenant, la même chose fonctionne en 3 dimensions. C'est juste que c'est très difficile à imaginer.