Boson

[giwot]

Bonjour,
Je me pose une question depuis longtemps sans avoir trouvé de véritable réponse,
La différence entre un fermion et un boson est le spin.
Pourrait-on envisager de dire que la différence est aussi que le boson influence le fermion pour le contraindre à créer des éléments plus complexe ?
Par exemple les quarks sont influencés par les gluons pour former les neutrons, ou l’électron et influencé par le photon pour changer de couche, ou même les bosons peuvent influencer les neutrons pour qu’ils deviennent de protons. Enfin on détecte le boson de Higgs, par l’influence qu’il a sur son entourage, sans réellement le voir.
J’ai pris le mot influencer de manière arbitraire pour ne pas entrer dans les détail d’une physique où les équations répondent à ces questions.
Merci de votre réponse.
-----

[Quarkonium]

Salut,

En théorie quantique des champs, chacune des trois interactions fondamentales (la gravité étant exclue) est représentée par l'échange d'une particule vecteur de l'interaction. Pour l'interaction forte il s'agit du gluon, pour l'interaction EM du photon, et pour l'interaction faible des bosons W+,W-,Z0. Tu as donc bien intuité : les vecteurs des interactions fondamentales sont tous des bosons (appelés bosons de jauge). On peut même rajouter que ce sont tous des bosons de spin égal à 1.

Il semblerait qu'il soit nécessaire que la particule de jauge ait un spin entier non nul afin de garder une théorie renormalisable (c'est-à-dire dans laquelle on peut se débarrasser des infinis rencontrés dans les calculs, qui ne peuvent pas décrire une vraie physique). Or le théorème de connexion spin-statistique nous dit qu'une particule de spin entier est un boson.
Mais il semblerait également que les petits malins de la supersymétrie ont trouvé un moyen de décrire des fermions de spin 1, qui pourraient donc servir de vecteurs à une interaction encore hypothétique. Je laisse les experts du domaine nous éclairer sur ce point.

Toujours est-il que, pour le moment, les seules particules de jauge que nous observons sont bien des bosons de spin 1. Pour ce qui est de la gravité, les tentatives de la décrire de façon quantique penchent pour un boson de jauge appelé graviton, qui serait de spin égal à 2.

[0577]

Bonjour,

Or le théorème de connexion spin-statistique nous dit qu'une particule de spin entier est un boson.
Mais il semblerait également que les petits malins de la supersymétrie ont trouvé un moyen de décrire des fermions de spin 1, qui pourraient donc servir de vecteurs à une interaction encore hypothétique.

Le théorème spin-statistique nous dit bien qu'une particule de spin entier est un boson (au sens statistique) et la supersymétrie ne change rien à cela.

[giwot]

Tout d’abord, merci de vos réponses.
Alors serais-je dans le vrai si je considérais les bosons et les fermions comme faisant partis deux mondes bien distincts.
Les fermions seraient les particules du monde concret, palpable.
Les bosons eux ne seraient qu’influence et message, liant les éléments du premier monde.
Le photon par exemple, ne peut être vu en tant que tel. Cependant les cônes à la surface de la rétine, sont capables de les détecter et de les interpréter. Ils subissent leur influence sans véritablement les voir.
Le photon nous révèle l’objet sans que nous puissions réellement le voir. Nous ne voyons que les photons qui on ricochés sur l’objet, mais pas l’objet lui-même.
On donne le nom de particule aux fermions et aux bosons comme faisant parti de la même catégorie. Ne devrait-on pas les différencier ?
Le mot particule représente plus l’élément de base qui compose des éléments plus complexe. Le boson vu plutôt comme un lien dans l’exemple du gluon ne semble pas être l’élément d’une particule plus complexe, mais ce qui cimente les élements de base d’une partie plus complexe.
Suis aux antipodes de la vérité ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Alors serais-je dans le vrai si je considérais les bosons et les fermions comme faisant partis deux mondes bien distincts.
Les fermions seraient les particules du monde concret, palpable.
Les bosons eux ne seraient qu’influence et message, liant les éléments du premier monde.

C'est souvent ce qu'on dit :
- les fermions sont la matière.
- les bosons véhiculent les interactions.
Bien que ce ne soit pas tout à fait correct, voir ci-dessous.

Suis aux antipodes de la vérité ?

Non, tout ça est très juste. Mais il est clair qu'on ne va pas changer le nom de "particules" pour les bosons pour plusieurs raisons :
- d'abord parce qu'en dehors de leur spin, les bosons et les fermions partagent les mêmes propriétés. En particulier les comportements de "particules quantiques"
- il ne faut pas confondre particule et corpuscule
- on ne saurait pas changer les milliers d'articles et les milliers de livres dans le monde entier qui utilisent le mot "particule". Il existe bel et bien des bizarreries de vocabulaires (par exemple le Soleil est un assez bon corps noir ), mais on fait avec. Après tout, les noms, on s'en fout (un peu seulement, faut bien pouvoir s'exprimer ) et ce qui compte ce sont les mesures et les équations.
- l'atome d'hydrogène est un boson !!!! Et d'ailleurs beaucoup d'atomes sont des bosons.

[giwot]

Merci beaucoup de cette réponse nuancée.
Le but pour moi n’étant pas de bousculer le vocabulaire établi, mais de comprendre le fond des choses.
Je reviens sur cette remarque : corpuscule particule.
Lorsque l’on cherche la définition de chaque terme, ils se rejoignent souvent :
Futura santé " Corpuscule " est le terme qui désigne toute masse, corps ou particule de très petite taille.
Larousse " " en physique synonyme désuet de particule ».

Il semble donc qu’en physique quantique le terme particule ait une signification bien précise qui le différencie de corpuscule, j’ai même vu l’apellation « onde-corpuscule » qui semble détonner face à votre remarque.
Un corpuscule serait plutôt le plus petit morceau de matière comme l’atome pressenti par les grecs et formé de particules ?
Quelle différence faite-vous entre ces deux termes ?
Les particules désignent donc les fermions et les bosons sans distinction. Les physiciens ont-ils envisagé une classification différente du spin ?
Votre réponse m’a fait avancer et je rebondi sur votre dernière remarque sur l’atome d’hydrogène. Ici le spin entier est le critère de base ?
Une dernière question, la dualité onde-particule peut-elle s’appliquer à certain fermion ?

[Deedee81]

Salut,

Il semble donc qu’en physique quantique le terme particule ait une signification bien précise qui le différencie de corpuscule, j’ai même vu l’apellation « onde-corpuscule » qui semble détonner face à votre remarque.

En effet. Certains ont essayé d'imposer d'autres mots comme quanta (pas mal utilisé) ou ondicule (pratiquement disparu). Mais sans grand succès.

Quelle différence faite-vous entre ces deux termes ?

Pour moi un corpuscule est un objet classique, petit, bien délimité en taille, forme et position.

Tandis qu'une particule (quantique) est très différente. Par exemple, un photon ou même un électron dans un état d'énergie bien définie (longueur d'onde bien définie) est une onde monochromatique, donc d'extension infinie et de durée éternelle (c'est évidemment une idéalisation, la longueur d'onde n'est jamais strictement bien définie, mais le "paquet d'ondes" peut être très très dispersé). C'est donc loin d'être toujours "petit". Par contre, les interactions sont toujours ponctuelles (pour des particules élémentaires, non composites), ce qui ajoute à la confusion. Mais il serait faux de croire que la particule est ponctuelle mais simplement de position mal connue. Ca, ça été invalidé depuis longtemps (théorème de Bell et expériences de Aspect ou plus récemment du groupe Zeilinger).

Les particules désignent donc les fermions et les bosons sans distinction. Les physiciens ont-ils envisagé une classification différente du spin ?

Il y a une classification plus riche. Le spin S des particules peut-être demi-entier (0, 1/2, 1, 3/2, etc...) et l'état de spin (mesuré dans une direction donnée) peut varier de -S à +S par unité.
Par exemple le spin de l'électron peut être -1/2 ou +1/2 (fois hbar si on parle du moment angulaire).
Le méson pi (un boson) a un spin de 0.
Le photon a un spin de 1 (dont l'état de spin peut-être -1 ou +1, l'absence de l'état de valeur 0 vient du fait qu'il est sans masse et de la relativité, ça correspond à l'absence d'onde longitudinale en électromagnétisme).
L'hélium 4 a un spin de 0 (sauf dans les états excités), et l'hélium 3 lui est un fermion (spin 1/2 ? A confirmer)

Ici le spin entier est le critère de base ?

Oui.
Pour reprendre mon exemple ci-dessus, on peut "facilement" obtenir un superfluide avec de l'hélium 4 (effet analogue à l'effet laser ou la supraconductivité, tous les atomes se mettent dans le même état quantique). Car c'est un boson (et il a la gentillesse de rester liquide même au zéro absolu). Avec l'hélium 3 il faut encore plus refroidir, et c'est peu de le dire (l'effet est alors obtenu par un appariement de deux atomes, deux fermions ensemble donnant toujours un boson, comme les paires de Cooper dans la supraconductivité).

Une dernière question, la dualité onde-particule peut-elle s’appliquer à certain fermion ?

A tous. La dualité onde-corpuscule est universelle (en mécanique quantique).

[giwot]

Bonjour et merci encore de votre réponse.
Si je comprends bien un corpuscule est plutôt de la nature d’une nanoparticule, alors qu’il est composé de particules.
Pour :
« Tandis qu'une particule (quantique) est très différente. Par exemple, un photon ou même un électron dans un état d'énergie bien définie (longueur d'onde bien définie) est une onde monochromatique, donc d'extension infinie et de durée éternelle (c'est évidemment une idéalisation, la longueur d'onde n'est jamais strictement bien définie, mais le "paquet d'ondes" peut être très très dispersé). C'est donc loin d'être toujours "petit". Par contre, les interactions sont toujours ponctuelles (pour des particules élémentaires, non composites), ce qui ajoute à la confusion. Mais il serait faux de croire que la particule est ponctuelle mais simplement de position mal connue. Ca, ça été invalidé depuis longtemps (théorème de Bell et expériences de Aspect ou plus récemment du groupe Zeilinger). »

Lorsque vous dite « extension infinie » , est-ce le terme mathématique, ou le sens littéral du terme qui veut dire que l’extension de l’onde est infini.
Pour le photon je comprends que ce dernier peut traverser l’univers pour nous faire connaitre l’existence de certaines étoiles, mais pour l’électron ?
Lorsque vous parlez de « paquet d’onde », cela s’applique à un photon par rapport à son assimilation à « un paquet d’énergie », ou à plusieurs ?
Cela est-il vrai également pour l’électron ?

[Deedee81]

Salut,

Si je comprends bien un corpuscule est plutôt de la nature d’une nanoparticule, alors qu’il est composé de particules.

En pratique oui. Bien que je voyais ça plutôt comme "corpuscule = décrit par la physique classique".
Après tout, en mécanique quantique, même une table de cuisine est ondulatoire !!! (mais en pratique, la décohérence quantique empêche d'avoir des trucs bizarres comme une table qui serait à deux endroits à la fois. Mais bon, n'entrons pas dans les complications. Voir aussi plus bas avec la longueur d'onde).

Lorsque vous dite « extension infinie » , est-ce le terme mathématique, ou le sens littéral du terme qui veut dire que l’extension de l’onde est infini.

Le sens littéral. Mais comme je disais, c'est une idéalisation. Un exemple, même en électromagnétique classique on parle d'ondes monochromatiques et d'ondes planes qui, stricto sensus, remplissent tout l'univers. C'est évidemment une absurdité. En pratique l'onde est toujours limitée dans le temps et l'espace, mais on bypass souvent ces "petites complications techniques". Un laser, par exemple, même monochromatique, émet des "trains d'ondes" relativement courts (en fait il n'est alors pas strictement monochromatique, mais presque).

Pour le photon je comprends que ce dernier peut traverser l’univers pour nous faire connaitre l’existence de certaines étoiles, mais pour l’électron ?

Les électrons aussi peuvent venir de loin. Les rayons cosmiques sont constitués essentiellement d'électrons et de protons.

Lorsque vous parlez de « paquet d’onde », cela s’applique à un photon par rapport à son assimilation à « un paquet d’énergie », ou à plusieurs ?

Les deux sont possibles mais ici je l'appliquais à un seul photon.

Cela est-il vrai également pour l’électron ?

Oui, ainsi que pour les atomes et les tables de cuisine.

Mais à nouveau pour de "gros objets" l'aspect ondulatoire est presque toujours (*) impossible à détecter. Un exemple : je suppose que tu connais l'expérience de Young avec ses franges d'interférences. Si on fait l'expérience avec des balles de fusil (exemple pris dans le cours de Feynman de mécanique quantique), leur longueur d'onde est si courte que les franges d'interférences sont ultra hyper méga serrées, à tel point qu'on ne saurait même pas les mesurer, et les impacts des balles se répartissent selon une courbe en cloche tout à fait classique.

(*) Exceptions macroscopiques : superfluides, supraconducteurs, condensat de Bose-Einstein.

[giwot]

Bonjour,
J’apprécie beaucoup cette discussion.
Si je comprends bien, la notion onde-particule s’applique à toutes les particules, fermions ou bosons, et par extension à tout ce qui est composé de ses particules ?
Cela sans exclusion ?

« Oui, ainsi que pour les atomes et les tables de cuisine.
Mais à nouveau pour de "gros objets" l'aspect ondulatoire est presque toujours (*) impossible à détecter. «

Pour ce qui du domaine macroscopique, peut-on considérer que cette table de cuisine est à plusieurs endroits à la fois et que les photons nous envoient une image ponctuelle, nous donnant l’impression qu’elle est toujours au même endroit ?
Et que lorsque nous touchons cette table, étant comme elle à plusieurs endroits à la fois, le contact ponctuel nous semble unique ?
Pour ce qui est de la fente young :
« Un exemple : je suppose que tu connais l'expérience de Young avec ses franges d'interférences. Si on fait l'expérience avec des balles de fusil (exemple pris dans le cours de Feynman de mécanique quantique), leur longueur d'onde est si courte que les franges d'interférences sont ultra hyper méga serrées, à tel point qu'on ne saurait même pas les mesurer, et les impacts des balles se répartissent selon une courbe en cloche tout à fait classique. »

si l’on faisait cette expérience sur des distances bien plus grande « année lumière » retrouve-t-on les effets de la fente de young ?
Merci encore.

[Deedee81]

Si je comprends bien, la notion onde-particule s’applique à toutes les particules, fermions ou bosons, et par extension à tout ce qui est composé de ses particules ?
Cela sans exclusion ?

Oui.

Pour ce qui du domaine macroscopique, peut-on considérer que cette table de cuisine est à plusieurs endroits à la fois et que les photons nous envoient une image ponctuelle, nous donnant l’impression qu’elle est toujours au même endroit ?
Et que lorsque nous touchons cette table, étant comme elle à plusieurs endroits à la fois, le contact ponctuel nous semble unique ?

Non, elle est vraiment à un seul endroit (bien qu'il y a une question d'interprétation de la MQ là derrière, mais c'est déjà assez compliqué comme ça).
La décohérence quantique transforme les états quantiques en mélanges statistiques (donc au lieu d'avoir des objets dans des états quantiques superposés, on a des objets à des endroits bien précis mais pas toujours connus, du moins tant qu'on ne l'a pas mesuré). On dit parfois que la décohérence quantique permet l'apparition de la classicalité (*)

(*) Deux choses : le mot classicalité est traduit de l'anglais et je ne connais pas l'équivalent correct en français.
Ensuite, il n'y a pas que la décohérence qui intervient dans le passage "du quantique au classique". Il faut tenir compte aussi des grandes tailles (les incertitudes quantiques, comme celles de Heisenberg, deviennent négligeables), des grands nombres (effets statistiques) et de l'optique géométrique (on est généralement dans les conditions ou une particule peut suivre une trajectoire bien définie même si c'est une onde).

Il est étonnant de voir à quel point c'est si compliqué.

Pour ce qui est de la fente young :
si l’on faisait cette expérience sur des distances bien plus grande « année lumière » retrouve-t-on les effets de la fente de young ?

En principe oui. Mais il est clair que personne n'a jamais fait l'expérience (c'est pour ça que j'ai souligné "en principe"). Et pire que ça, il y a tellement de perturbations sur le trajet que cela effacerait toute interférence (même le rayonnement fossile serait suffisant pour altérer l'état quantique des balles de fusil).

Par contre, l'interférométrie longue base en astronomie, montre que la lumière conserve suffisamment sa phase. C'est pas vraiment Young mais c'est dans le même goût.

[giwot]

Bonsoir,
Je continue cette discussion fructueuse en changeant presque de sujet.
Je reste dans le domaine des ondes et j’ai pu lire, voir et entendre parler des ondes scalaire découvertes par Tesla, qui auraient comme support les neutrinos.
Cela semble passablement controversé, mais le nom de Tesla semble apporter une légitimité.
J’aurais aimé savoir ce que tu en penses, car il est très difficile de faire le tri de toutes ces informations si abondantes qu’elles finissent par se télescoper.
Personnellement j’ai plutôt une formation médicale et je ne suis pas à même de faire ce tri.
Merci encore pour toutes ces réponses.

[Deedee81]

Salut,

Je reste dans le domaine des ondes et j’ai pu lire, voir et entendre parler des ondes scalaire découvertes par Tesla

Attention, on rencontre énormément d'âneries à propos de Tesla. Lui-même, tout grand homme qu'il faut, est devenu sénile sur la fin de sa vie et a lâché les trucs les plus absurdes qui, évidemment, sont repris en boucle sur certains sites internet. Il faut se méfier fortement.

qui auraient comme support les neutrinos.

Les neutrinos ne sont pas scalaires, le spin est 1/2 comme les électrons (alors qu'un champ scalaire a un spin 0).

Par contre, le champ de Higgs (dont la confirmation est très récente) est bien scalaire.

[giwot]

Bonsoir,
Après une mise à jour Windows pour le moins dévastatrice, je reviens à la discussion.
J’ai pu voir que l’expression ondes scalaire est placée en parallèle de la physique classique, alors que celle de champs scalaire est bien intégrée.
Alors quelle est la différence, car avant de tomber sur le mot scalaire associé à ondes, le mot scalaire était pour moi strictement mathématique ?
Une question que je me pose aussi, est comment détermine-t-on le spin d’une particule ?
Par les calculs ou par constatation ?
Merci encore de me permettre d’avancer dans un domaine que je ne maîtrise mal et qui dans la littérature du net est semé de tant d’embuches.

[Deedee81]

Salut,

Après une mise à jour Windows pour le moins dévastatrice, je reviens à la discussion.
J’ai pu voir que l’expression ondes scalaire est placée en parallèle de la physique classique, alors que celle de champs scalaire est bien intégrée.
Alors quelle est la différence, car avant de tomber sur le mot scalaire associé à ondes, le mot scalaire était pour moi strictement mathématique ?

Bon, d'abord champ est onde n'ont rien de spécialement magique ou quantique. Un champ est juste une grandeur physique qui prend une valeur en tout point et tout instant d'un domaine donné.
Et une onde est une variation périodique d'un champ et qui se propage (sauf les ondes stationnaires).

Un champ scalaire est un champ dont la grandeur est représentée par un simple nombre. Ainsi, la température en tout point d'une pièce n'est rien d'autre qu'un champ scalaire. Et on peut parfaitement avoir des ondes associées (on les appelle ondes de chaleur car il y a transmission d'énergie thermique).

Par contre, au niveau quantique, on a un truc de plus : les excitations du champ sont quantifiées. Et ces excitations correspondent à des états "particules".
On a donc des champ associés à chaque particule.
Et pour les particules élémentaires (non composées d'autres particules), le seul champ scalaire connu est le champ de Higgs (mais il pourrait en exister des inconnus).

Une question que je me pose aussi, est comment détermine-t-on le spin d’une particule ?
Par les calculs ou par constatation ?

Par la constatation. Je ne suis pas expérimentateur mais je connais deux moyens :
- Si la particule a une charge électrique, alors son moment angulaire (son état de spin) correspond à un moment magnétique. En les faisant passer dans un appareil de Stern-Gerlach (des aimants avec un fort gradient magnétique) le faisceau de particule se sépare en n faisceaux (les n états quantifiés du spin selon l'axe vertical de l'appareil), ce qui donne le spin.
- Le moment angulaire total est conservé. Par conséquent dans des collisions, en mesurant l'état de particules connues avec un spin connu, on peut déterminer l'état de spin de telle ou telle particule. Le calcul n'est pas facile (la composition des spins/moments angulaires est particulièrement compliqué et fait appel aux coefficients de Clebsh-Gordan).

[giwot]

Bonjour,
« Un champ est juste une grandeur physique qui prend une valeur en tout point et tout instant d'un domaine donné.
Et une onde est une variation périodique d'un champ et qui se propage (sauf les ondes stationnaires). »

« la température en tout point d'une pièce n'est rien d'autre qu'un champ scalaire »

En quelque sorte un champ est un ensemble de valeur dans un espace déterminé ?
Un champ scalaire est donc un champ particulier qui fait intervenir un espace vectoriel ??
L’onde serait une perturbation très particulière de ce champ ?
Cette onde agit-elle dans toutes les directions ?
Par exemple lorsque l’on jette un caillou dans l’eau, il en résulte une onde en surface qui se propage en surface. Mais on ne parle pas de ce qui se passe sous l’eau. Le fameux caillou, continu à déplacer de l’eau tout le long de son trajet.
Est-ce comparable ?

« Par contre, au niveau quantique, on a un truc de plus : les excitations du champ sont quantifiées. Et ces excitations correspondent à des états "particules".
On a donc des champ associés à chaque particule.
Et pour les particules élémentaires (non composées d'autres particules), le seul champ scalaire connu est le champ de Higgs (mais il pourrait en exister des inconnus). »

« On a donc des champ associés à chaque particule. »

Est-ce que cela veut dire que chaque particule va perturber un champ qui lui est propre et donc qu’il y a autant de champ que de particule ??
Ou chaque particule va perturber le même champ à sa manière et le couple particule champs sera à chaque fois différent ??

« Et une onde est une variation périodique d'un champ et qui se propage »
L’onde agit un peu comme une vague qui perturbe cet espace ??
Mais cette onde agit-elle en 3 D, c’est-à-dire dans toutes les directions de l’espace ou comme une vague sur un lac qui est aussi en 3 D mais sur dans toutes les directions d’un plan.



« le seul champ scalaire connu est le champ de Higgs »

S’il y a une variation périodique de ce champ de Higgs, peut-on dire que c’est une onde scalaire ?

Merci beaucoup pour le spin, la référence de « Stern-Gerlach » m’a permis avec quelques recherche de mieux conceptualiser le spin. Sur Wikipédia ils ont une vidéo qui me parait très intéressante.

Comme à chaque fois ma vision des choses est plus précise.
Merci.

[Deedee81]

Salut,

En quelque sorte un champ est un ensemble de valeur dans un espace déterminé ?

C'est ça.

Un champ scalaire est donc un champ particulier qui fait intervenir un espace vectoriel ??

Oui, mais le caractère vectoriel de l'espace(-temps) est accessoire ici.

L’onde serait une perturbation très particulière de ce champ ?

Oui.

Cette onde agit-elle dans toutes les directions ?

Ca dépend. Tu as des ondes planes, qui se propage dans une direction précise. Et les ondes sphériques.... qui vont dans toutes les directions (comme ton exemple du caillou).

Est-ce que cela veut dire que chaque particule va perturber un champ qui lui est propre et donc qu’il y a autant de champ que de particule ??

Oui, mais attention, la particule ne perturbe pas le champ qui lui est propre : la particule est une perturbation du champ. Par exemple, le champ électromagnétique admet des perturbations quantifiées d'énergie h.nu (h constante de Planck, nu = fréquence de la perturbation = onde), 2hnu, 3hnu, etc.... qui sont donc des états à 1, 2, 3,... photons.
(plus toutes les combinaisons de ces états, il faut ajouter les direction et les polarisations)

Attention aux notions de "un champ ou plusieurs". On entre vite dans les complications ici. Un champ peut être vu comme plusieurs champs, ou l'inverse. C'est le processus d'unification (qui n'est pas achevé). Par exemple le champ magnétique + le champ électrique = champ électromagnétique. Le champ électromagnétique plus le champ faible = champ électrofaible.
Et les particules associées au champ sont classées selon les représentations du groupe de jauge du champ (par exemple électron, neutrino et leurs antiparticules pour le champ électrofaible). Mais on entre vite dans des considérations fort techniques là. Sans compter le cas des particules composites et les interactions entre champs.

S’il y a une variation périodique de ce champ de Higgs, peut-on dire que c’est une onde scalaire ?

Oui. Un Higgs donné est une telle onde scalaire.

[giwot]

Bonjour,
Je reviens sur la notion de champ.
« Un champ est juste une grandeur physique qui prend une valeur en tout point et tout instant d'un domaine donné. »
Lorsqu’une particule perturbe un champ, ce champ est-il infini ou limité. Dans le second cas a-t-on une idée de cette limite ?
Existe-t-il des champs infini ou limité ??

« Attention aux notions de "un champ ou plusieurs". On entre vite dans les complications ici. Un champ peut être vu comme plusieurs champs, ou l'inverse. C'est le processus d'unification (qui n'est pas achevé). Par exemple le champ magnétique + le champ électrique = champ électromagnétique. Le champ électromagnétique plus le champ faible = champ électrofaible. »
Un champ magnétique regroupe donc toutes les valeurs magnétiques de l’espace couvert par ce champ et de même pour le champ électrique. Alors le champ électromagnétique est l’association de ces valeurs ??
Cela fonctionne-t-il de cette manière : à chaque valeur magnétique peu correspondre une des valeur électrique de manière aléatoire ou à chaque valeur magnétique correspond une valeur électrique déterminée ??
« Et une onde est une variation périodique d'un champ et qui se propage (sauf les ondes stationnaires). »

Chaque particule est à la fois onde et particule. Ici la fonction onde de la particule perturbe le champ comme le ferait le caillou dans la marre. Mais si pour la marre il y a un point de départ « caillou » qui finit sa course au fond du lac, où est la particule qui perturbe le champ ??


Merci pour cette discussion qui m’apporte des mots clefs de recherche.

[viiksu]

Chaque particule est à la fois onde et particule. Ici la fonction onde de la particule perturbe le champ comme le ferait le caillou dans la marre. Mais si pour la marre il y a un point de départ « caillou » qui finit sa course au fond du lac, où est la particule qui perturbe le champ ??


Merci pour cette discussion qui m’apporte des mots clefs de recherche.

Il ne faut pas pousser les analogies trop loin, une particule n'a pas besoin de caillou initiateur, les électrons existent depuis quelques fractions de secondes après le BigBang. En plus les particules ne sont pas des ondes sphériques comme l'eau mais des paquets d'onde relativement localisés. De même on entend dire que les particules quantiques n'ont pas de trajectoire alors que le LHC passe son temps à les traquer elles ont une trajectoire moyenne parfaitement claire.

[Deedee81]

Salut,

Existe-t-il des champs infini ou limité ??

Les deux. Un champ de température n'a de sens que là où il y a de la matière et du rayonnement.

Pour les particules élémentaires il est supposé être "partout". Mais ce n'est guère bizarre car après tout seules les excitations du champ, sa variation, ont des effets sensibles (perturbation quantifiée = particule, même lorsqu'on parle de particules virtuelles qui n'ont de virtuelles que le mot).

Un champ magnétique regroupe donc toutes les valeurs magnétiques de l’espace couvert par ce champ et de même pour le champ électrique. Alors le champ électromagnétique est l’association de ces valeurs ??

Oui, sous la forme du "tenseur électromagnétique" ou du "potentiel vecteur+scalaire" (quadrivecteur en fait, l'électromagnétisme étant relativiste dans l'âme).

Cela fonctionne-t-il de cette manière : à chaque valeur magnétique peu correspondre une des valeur électrique de manière aléatoire ou à chaque valeur magnétique correspond une valeur électrique déterminée ??

Les valeurs peuvent être arbitraires mais pas leurs variations dans l'espace et dans le temps. Le tout est lié par les équations de Maxwell (par exemple une des équations dit que la divergence du champ magnétique est nulle (pas de charge magnétique), une autre dit que le rotationnel du champ électrique égal la variation du champ magnétique au cours du temps (induction), etc...)

Pour le caillou voir la réponse de Viiiksu.

[giwot]

Bonjour,
Pour viiksu
« Il ne faut pas pousser les analogies trop loin, une particule n'a pas besoin de caillou initiateur, les électrons existent depuis quelques fractions de secondes après le BigBang. En plus les particules ne sont pas des ondes sphériques comme l'eau mais des paquets d'onde relativement localisés. De même on entend dire que les particules quantiques n'ont pas de trajectoire alors que le LHC passe son temps à les traquer elles ont une trajectoire moyenne parfaitement claire. »

Je me suis mal fait comprendre et donc je vais essayer de reformuler. Le caillou est une image et non une comparaison trait pour trait.
En premier lieu je voudrai éclaircir le terme paquet d'ondes

« les particules ne sont pas des ondes sphériques comme l'eau mais des paquets d'onde relativement localisés »

J’ai trouvé cette définition : « En mécanique quantique, le paquet d'onde possède une signification particulière : il est interprété comme étant une onde de probabilité qui décrit la probabilité pour une particule (ou des particules) dans un état donné d'avoir une position et une quantité de mouvement données. »
Cela signifie bien qu’une particule est une onde et une seule qui ne peut être défini que par la probabilité d’où le terme de paquet qui ne signifie pas qu’il y a plusieurs ondes mais une seule dont on ne connait pas la position ???

Je ne comprends pas « les électrons existent depuis quelques fractions de secondes après le BigBang »
Que cela apporte à l’explication ??

Que signifie « des paquets d'onde relativement localisés»
Cela veut-il dire que ces ondes ont un début et une fin ?

Pour Deedee 81
Une particule perturbe un champ en créant une onde qui est la perturbation du champ ??
Sans particule il n’y a pas d’onde et c’est pour cela que l’on fait la dualité onde-particule ??
« Pour les particules élémentaires il est supposé être "partout" «
Lorsque qu’une particule perturbe un champ, il ne l’était pas avant son passage et il ne l’ai plus après son passage ???
Ou
« Les deux. Un champ de température n'a de sens que là où il y a de la matière et du rayonnement.

Pour les particules élémentaires il est supposé être "partout". Mais ce n'est guère bizarre car après tout seules les excitations du champ, sa variation, ont des effets sensibles (perturbation quantifiée = particule, même lorsqu'on parle de particules virtuelles qui n'ont de virtuelles que le mot). »

Une particule crée un champ sur son passage, champ qui lui est propre ??
Mais lorsqu’elle passe à proximité d’un autre champ créé par d’autres particules, perturbe-t-elle aussi ces champs ???
Merci

[viiksu]

Bonjour,
Pour viiksu

Je me suis mal fait comprendre et donc je vais essayer de reformuler. Le caillou est une image et non une comparaison trait pour trait.
En premier lieu je voudrai éclaircir le terme paquet d'ondes



J’ai trouvé cette définition : « En mécanique quantique, le paquet d'onde possède une signification particulière : il est interprété comme étant une onde de probabilité qui décrit la probabilité pour une particule (ou des particules) dans un état donné d'avoir une position et une quantité de mouvement données. »
Cela signifie bien qu’une particule est une onde et une seule qui ne peut être défini que par la probabilité d’où le terme de paquet qui ne signifie pas qu’il y a plusieurs ondes mais une seule dont on ne connait pas la position ???


Que signifie « des paquets d'onde relativement localisés»
Cela veut-il dire que ces ondes ont un début et une fin

Les électrons existent depuis le BigBang veut dire qu'il n'y a pas besoin d'un évènement initiateur de l'onde qui les représentent. Un paquet d'onde est une somme d'ondes plane tu connais les courbes de Gauss c'est une bonne représentation d'un paquet d'onde le centre représente la position moyenne de la particule et les bords tendent rapidement vers 0. Une onde plane unique n'existe pas dans la nature c'est une approximation commode.

[Deedee81]

Salut,

Je répond éventuellement aux questions pour Viiiksu, il complétera s'il le souhaite
EDIT ce qu'il a fait. Croisement. J'ai mis trop longtemps a répondre.

Cela signifie bien qu’une particule est une onde et une seule qui ne peut être défini que par la probabilité d’où le terme de paquet qui ne signifie pas qu’il y a plusieurs ondes mais une seule dont on ne connait pas la position ???

L'onde on sait très bien où elle est. Mais si tu effectues une mesure précise de (par exemple) la position de la particule, tu trouveras un endroit donné par les probabilité (proportionnelle à l'amplitude de l'onde en chaque point). Et on ne peut dire à l'avance ce que le résultat va donner. C'est l'endroit de l'interaction du mécanisme de mesure (par exemple l'envoi d'un photon de très courte longueur d'onde) avec l'onde-particule qui est imprévisible.

Je ne comprends pas « les électrons existent depuis quelques fractions de secondes après le BigBang »
Que cela apporte à l’explication ??

Rien à mon sens.
EDIT mais j'ai compris, voir message de Viiksu

Que signifie « des paquets d'onde relativement localisés»
Cela veut-il dire que ces ondes ont un début et une fin ?

Oui. On peut avoir théoriquement des ondes emplissant tout l'espace et le temps (ondes planes monochromatiques par exemple).
Mais c'est un idéal.
On a toujours une certaine localisation, formant un paquet d'onde avec un début et une fin. Mais ce paquet peut éventuellement être très étalé. On peut par exemple avoir des électrons totalement délocalisé dans des cristaux conducteurs, et ils peuvent être de grande taille, ou dans des supraconducteurs, des superfluides ou des condensats. Les photons peuvent souvent être encore plus étalés (étant sans charge électrique ils peuvent se propager longuement sans être altérés, ce qui peut donner des "fonctions d'onde" extrêmement dispersée).

Une particule perturbe un champ en créant une onde qui est la perturbation du champ ??
Sans particule il n’y a pas d’onde et c’est pour cela que l’on fait la dualité onde-particule ??

NON. La particule EST la perturbation. Ce n'est pas la particule qui perturbe le champ. Elle EST cette perturbation.

Quant à la dualité onde-particule (guère utilisée en pratique, c'est surtout une approche philosophique), c'est ce que j'ai décrit ci-dessus : on a une fonction d'onde, avec des interférences et tout et tout (comme dans une expérience de Young) mais l'interaction, elle, est ponctuelle (impacts sur l'écran dans l'expérience de Young).
D'ailleurs, Bohr (qui est a l'origine de cette notion de dualité onde-particule) a changé plus tard en "dualité cinématique-dynamique" (propagation v.s. interaction).
Mais cette (meilleure) façon de voir a malheureusement eut beaucoup moins d'impact populaire (ou dans la vulgarisation). Dommage.

Pour la suite j'ai répondu plus haut.
Il n'y a pas une particule ET un champ, mais juste le champ, point, et la particule EST la perturbation du champ.

Une image : imagine un plan d'eau bien calme. C'est le champ.
Puis une vague apparait (ignore le caillou, disons que tu n'as pas vu comment ça été fait (*)), cette vague EST la particule.
La grande différence en mécanique quantique c'est que l'interaction de la vague avec une plage par exemple sera étendue (trace mouillée sur la plage), alors qu'en MQ, comme dit plus haut, l'interaction est localisée et probabiliste (impact sur une plaque photo graphique, sur une cible,...).

C'est là ton erreur : tu imagines une particule et un champ (qui peut se manifester sous forme d'ondes). Mais c'est faux. C'est une très grosse erreur. Il n'y a pas une particule et un champ, il y a juste un champ, rien de plus, et les perturbations du champ se comportent parfois comme des particules, c'est tout.
(*) tu as cru dans cette analogie que le caillou était la particule. Hé bé non.

[giwot]

Bonsoir,
Tout d’abord merci de me faire toucher du doigt ce que je n’ai pas compris, c’est le démarrage d’une compréhention.
« NON. La particule EST la perturbation. Ce n'est pas la particule qui perturbe le champ. Elle EST cette perturbation. »

Si :
« Un champ est juste une grandeur physique qui prend une valeur en tout point et tout instant d'un domaine donné. »
Sa perturbation est le changement des valeurs en certain points sous forme d’onde ??

J’ai vu cette définition :
« Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales du milieu. Elle se déplace avec une vitesse déterminée qui dépend des caractéristiques du milieu de propagation. Une onde transporte de l'énergie sans transporter de matière. »

Alors l’onde serait le transport d’énergie « sous forme de photon par exemple » et cette énergie serait une particule ????

Alors une particule pourrait n’être que de l’énergie ????

Et la matière !!! ???

J’ai aussi trouvé cela :
« L'onde électromagnétique n'a dans certains cas pas de support matériel. »

Donc les valeurs d’un champ ne sont pas forcément matérielles ???

Dans quel cas ?



Je reviens sur la notion de champ:
« Un champ est juste une grandeur physique qui prend une valeur en tout point et tout instant d'un domaine donné. »

L’univers est fait de champs qui révèle les particules par la perturbation de ces champs ???

Alors qu’est-ce qui crée un champ, dans l’exemple des température d’un espace, on peut considérer que ce sont les atomes et molécules de l’air qui ont une température?

Mais alors ce sont les particules qui font les champs ?

La perturbation de ce champ étant la particule, y-a-t-il un champ qui ne soit pas perturbé ???

Si non chaque champ est étroitement lié à chaque particule et il y a autant de champ que de particule ???

Mais un champ : « Un champ est juste une grandeur physique qui prend une valeur en tout point et tout instant d'un domaine donné. »

Ici chaque grandeur physique est issu de particule et l’on pourrait dire qu’un champ est une grandeur physique qui est formé des champs ???????

Je m’arrête en attendant avec grande impatience, une réponse…….
Merci.

[Deedee81]

Salut,

Sa perturbation est le changement des valeurs en certain points sous forme d’onde ??

Oui.

Alors l’onde serait le transport d’énergie « sous forme de photon par exemple » et cette énergie serait une particule ????

Oui, mais il n'y a pas que de l'énergie évidemment (d'ailleurs l'énergie est plutôt une propriété de "quelque chose" au même titre que la position, la vitesse,... J'aime bien les feuilletons Flash mais cette histoire de "vitesse pure" (sans rien d'autre) j'ai quand même trouvé ça un peu débile )
Il faut compter toutes les autres propriétés (masse, spin, charges, constantes de couplages aux autres champs,...)

Alors une particule pourrait n’être que de l’énergie ????

Donc, non, pas plus qu'être que de la position ou que de la vitesse.

« L'onde électromagnétique n'a dans certains cas pas de support matériel. »
Donc les valeurs d’un champ ne sont pas forcément matérielles ???
Dans quel cas ?

Ca veut simplement dire que ce n'est pas une "vibration mécanique" (comme le son, les vagues ou les cordes de guitare), comme la vieille hypothèse de l'éther luminifère qui fut invalidée au dix-neuvième siècle par un ensemble d'expériences montrant que l'éther aurait dû avoir des propriétés contradictoires (la plus connue est Michelson et Morley, mais ce n'est que la dernière et elle ne fut décisive que grâce aux autres expériences mettant en évidence : l'aberration stellaire, la vitesse de la lumière dans les fluides en mouvement, les lois de l'électromagnétisme,...)

Ici ce qui varie est le champ électromagnétique lui-même. Comme dans son état de base il n'y a rien (vide), on peut difficilement parler de la vibration d'un milieu.
C'est assez abstrait, je me rend compte, mais je vois mal comment expliquer ça mieux.

L’univers est fait de champs qui révèle les particules par la perturbation de ces champs ???

Oui.

Alors qu’est-ce qui crée un champ, dans l’exemple des température d’un espace, on peut considérer que ce sont les atomes et molécules de l’air qui ont une température?

Pour les champs des particules élémentaires (ou LE champ si un jour on arrive à unifier les quatre interactions) on ne sait pas. C'est juste un constat.

Mais alors ce sont les particules qui font les champs ?

Non, tu fais encore la même erreur : il n'y a pas des particules ET des champs. Il n'y a qu'une chose : les champs et on a collé l'étiquette particule aux variations/perturbations de ces champs.

La perturbation de ce champ étant la particule, y-a-t-il un champ qui ne soit pas perturbé ???

S'il existe un champ jamais perturbé alors on n'a aucune manière de savoir qu'il existe.

Si non chaque champ est étroitement lié à chaque particule et il y a autant de champ que de particule ???

Oui, mais on en revient aux complications décrites quelques messages plus haut, comme les particules composites et l'unification des champs.

Un exemple détaillé.

On aurait tendance à croire qu'il y a (au moins ) deux champs : le champ de Dirac = électrons/positrons et le champ électromagnétique.
Pourtant on constate que le champ de Dirac a une invariance (ou plutôt l'équation de Dirac), liée d'ailleurs à la conservation de la charge électrique, notée U(1) par les mathématiciens.
(on parle d'invariance de jauge pour des raisons historiques)
Mais cette invariance est globale (on fait une transformation de symétrie identique en tout point de l'espace et du temps).
C'est contraire à ce que dit la relativité (la physique est locale).
Malheureusement, sous une transformation locale l'équation de Dirac n'est pas invariante.

Qu'à cela ne tienne : que doit-on ajouter à l'équation pour qu'elle soit localement invariante ? Ca s'appelle les théorie de jauge locale.
On découvre alors qu'il n'y a qu'une seule possibilité : ajouter un champ..... qui s'avère, oh surprise, être le champ électromagnétique !!!! Non seulement lui, mais son couplage (dit minimal car c'est la forme la plus simple) au champ électron/positron. (lorsque j'ai vu ça dans le livre Quantum Field theory de Itzykson et Zuber il y a une trentaine d'année, j'en ait eut des étoiles dans les yeux ).

Le champ électromagnétique n'est donc pas "quelque chose en plus", mais plutôt une conséquence du champ des particules chargées et de la relativité !!!!!!

Ca complique un peu (beaucoup) les choses, mais ça montre qu'il y a une fabuleuse unité dans la "nature du monde". Ce n'est pas juste une simple "juxtaposition de champs" mais plutôt UN (? pas encore sûr) champ plus complexe qu'on ne pourrait croire et qu'on peut voir sous toutes sortes de facettes et décrire plus facilement "comme si" il y avait plusieurs champs.

On est encore aller plus loin en unifiant l'interaction faible avec (et les champs de neutrinos, les bosons W, Z). Malheureusement ça ne marche pas pour l'interaction forte (et on ne sait pas pourquoi). Et encore moins pour la gravité. Y a encore beaucoup de travail.

C'est compliqué mais je trouve ça fabuleux.

(j'ai pas compris la dernière question)

[giwot]

Bonsoir,
Ces nombreuses réponses sont matière à réflexion. Alors c’est ce que je vais faire en attendant quelques réponses.

Envoyé par Deedee 81 « Ici ce qui varie est le champ électromagnétique lui-même. Comme dans son état de base il n'y a rien (vide), on peut difficilement parler de la vibration d'un milieu.
C'est assez abstrait, je me rend compte, mais je vois mal comment expliquer ça mieux. »
« Un champ est juste une grandeur physique qui prend une valeur en tout point et tout instant d'un domaine donné. »

Il n’y a rien alors qu’est-ce qui est à l’origine de la valeur de chaque points ??


Envoyé par Deedee 81 « Non, tu fais encore la même erreur : il n'y a pas des particules ET des champs. Il n'y a qu'une chose : les champs et on a collé l'étiquette particule aux variations/perturbations de ces champs. »

Alors les bosons et les fermions sont des perturbations de champ qui ont « (masse, spin, charges, constantes de couplages aux autres champs,... ) » ???


J’ai lu cette affirmation « Il y a donc une différence entre "masse au repos" et "masse", et cette dernière change avec la vitesse de l'objet. Masse n'est pas un bon terme et certains préfèrent conserver le terme d'énergie. »

Dans l’état de mes connaissances (petites) la masse ne varie pas d’une planète à l’autre, c’est le poids qui varie. Mais je n’arrive pas à bien appréhender cette notion de masse. ??????
Merci et bonne soirée.

[viiksu]

Il y a deux masses celle qui intervient dans la gravitation qu'on appelle poids et la masse inerte qui s'oppose au mouvement. Einstein à postulé qu'elles étaient égales. Quand on accélère très fort une particule comme elle ne peut dépasser la vitesse de la lumière elle gagne en masse.

[giwot]

Bonjour,
De viiksu « Quand on accélère très fort une particule comme elle ne peut dépasser la vitesse de la lumière elle gagne en masse.
Oui mais pourquoi « elle gagne en masse » ?
La masse est-elle due à une force ou autre chose, qu’est-ce qui fait cette masse ??
Un électron a une masse au repos, alors que rien ne l’accélère, le photon lui, n’a pas de masse au repos, qu’est-ce qui fait la masse de l’un et pas de l’autre ??
Merci.

[Resartus]

Bonjour,
La phrase de viiksu aurait pu être dite par Einstein, mais elle n'est plus très appréciée de nos jours.
Les équations de la relativité restreinte montrent que l'énergie totale d'un objet de masse au repos m0 à la vitesse v vaut m0*c²*1/(1-v²/c²)^1/2
On avait l'habitude d'exprimer cela en disant que l'objet avait une énergie E=mc², avec m la masse relativiste m0*1/racine(1-v²/c²) qui augmente donc avec la vitesse.
De nos jours la tendance pédagogique est d'éviter cette notion, et de réserver le mot masse à m0 (c'est à dire la masse au repos, dans l'ancienne présentation).
L'"explication" de pourquoi les objets comme les quarks et les électrons (et même les neutrinos) ont une masse non nulle (au repos) est basée sur la brisure de symétrie du champ scalaire de higgs. Il ne manque pas sur internet de videos de vulgarisation sur la question. Ce processus concerne l'interaction faible

Ni le photon (vecteur de l'interaction électromagnétique), ni les gluons (vecteurs de l'interaction forte) n'acquièrent de masse au repos. On peut supposer que ce serait vrai aussi pour le graviton (s'il existe)

[giwot]

Envoyé par Deedee 81 « (j'ai pas compris la dernière question) »

Dernière question : "Mais un champ : « Un champ est juste une grandeur physique qui prend une valeur en tout point et tout instant d'un domaine donné. »
Ici chaque grandeur physique est issu de particule et l’on pourrait dire qu’un champ est une grandeur physique qui est formé des champs ???????"

Chaque point du champ prend une valeur. cette valeur est due à une mesure. La plus petite chose que l’on peut mesurer est une particule. Cette particule est une perturbation d’un champ. Le champ est fait de perturbation de champ que sont les particules qui donne des valeur à chaque point de ce champ.
Donc un champ est fait de champ.
Est-ce un sophisme ??