Un seul photon
Bonjour,
Après pas mal de lecture je cherche quelques informations sur les photons, mon premier post.
1) Est ce qu on sait produire un seul photon, par example avec une ampoule on produit des millards de millards de photons en quelques nanosecondes, donc existe il un procédé qui produit un seul photon unique?
2) l’energie d un photon, se decrit en quantité finie ( quanta) sait on produire un photon d un seul quanta?
3) Est ce qu un photon unique à une longeur d onde ?
Merci d’avance.
Oui, tu tapes "source de photon unique" et tu vas trouver plein de liens. Tu as même des discussions sur le forum.Envoyé par Arngattaca
Quelle différence fait tu entre cela et le fait de produire un photon unique ?
Pas plus que plein de photons. Une onde a une longueur d'onde, une particule non.
Après, si on autorise cet abus de langage, on a des figures d'interference même en envoyant les photons un à un donc la dualité onde/corpuscule marche bien même dans ce cas là : https://sciencedemonstrations.fas.ha...n-interference
Merci beaucoup,
Donc si je résume plus d energie = plus de photon et pas de photon plus énergétique, c est bien ça ?
Ça dépend. Les deux processus augmentent l'énergie. Mais il est difficile de changer la fréquence d'un photon (ça ne peut se faire que via des processus non-linéaires). Il est infiniment plus facile d'augmenter le nombre de photon, ce qui revient simplement à augmenter l'amplitude.
Puisque vous parlez de fréquence d'un photon, qui est une observable, j'ai eu beau chercher je n'ai jamais trouvé quel est l'opérateur correspondant. Pouvez-vous combler mon ignorance ?
Merci.
J'espère qu'après ça on commencera à réfléchir à 2 fois avant de parler de fréquence / longueur d'onde d'un photon.
Not only is it not right, it's not even wrong!
Je sais que vous êtes très à cheval sur cette question depuis quelques messages
Pour vous faire plaisir, oui : un photon possède un quadrivecteur énergie-impulsion. Honte à moi, j'ai osé faire le raccourci E=hbar w et parler de fréquence au lieu d'énergie. Pour la même raison, vous m'y prendrez à faire le raccourci p=hbar k et ainsi de parler de longueur d'onde pour un photon (je sais que ça vous énerve...)
Merci de préciser que c'est un raccourci, et donc de me donner raison. Cela n'a pas de sens de parler de la fréquence ou de la longueur d'onde d'un photon.
Comme vous l'avez remarqué, ce raccourci a tendance à m'irriter, simplement parce que ces termes sont utilisés par des personnes qui ne les comprennent pas, qui n'ont pas le bagage nécessaire pour comprendre l'abus de langage que cela représente... et "grâce" à ça, on se tape des pages et des pages à brasser du vent.
Dans la pile je pourrais ajouter "le principe d'incertitude" de Heisenberg appliqué à un particule unique, alors qu'en fait il s'agit de relations d'indéterminations, que l'on démontre en considérant des statistiques sur les grandeurs mesurées. Là encore, à donner le sens qui nous arrange à des relations, on arrive à des pages d'inepties au bout de raisonnements plus ou moins scabreux.
Bonne journée
Not only is it not right, it's not even wrong!
Salut,
Oui, l'opérateur en question peut être vu comme simplement l'hamiltonien H. Et un photon de fréquence "pure" est un état propre de cet hamiltonien. Mais ça reste une idéalisation (comme souvent d'ailleurs, le photon n'est pas seul en cause) mais souvent utilisée (voir par exemple la construction de l'espace de Fock dans Wikipedia).
En pratique le photon a toujours un état avec un certain "étalement" de la longueur d'onde/fréquence. Par exemple, pour les photons émis par un atome qui se désexcite. La raie spectroscopique a alors une largeur appelée largeur naturelle (pas toujours facile à observer car la largeur due à l'agitation thermique et l'effet Doppler est souvent plus importante). La raison en est que l'état excité d'un atome a une durée de vie finie donc une énergie imprécise. Là aussi les états excités d'énergie précise sont une idéalisation souvent utilisée pour décrire ces états.
EDIT croisement. Albanxiii, je crois qu'on est sur la même.... longueur d'ondeC'est juste que tu sembles beaucoup moins enclin que moi à accepter d'utiliser l'idéalisation théorique sans précaution oratoire. Est-ce que je me trompe ?
EDIT bis, cet étalement en fréquence dont je parle, liée à la durée de vie finie des états : atome excité par exemple, est lié à la relation d'indétermination de Haisenberg, comme vient de le faire remarque Albanxiii. Les durées de vie infinie n'existant pas (même les immortels peuvent se faire planter une dague dans le coeur
Dernière modification par Deedee81 ; 25/06/2018 à 07h04.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Merci beaucoup, j’ai déjà mieux compris mes lectures actuelles, aller encore quelques questions et après j'arrête de vous embêter (enfin j'espère):
1) Est-ce qu'il y a une relation (en nombre entier) entre l'énergie de deux photons, au sens particule unique pas train de photons ! Par exemple un photon Gamma serait X fois plus puissant qu'un photon Ondes radio, mais ou X serait toujours un entier jamais un nombre à virgule ? Ou est-ce que ça n’a aucun sens et qu’un rayon gamma c’est juste plus de photons, moins espacés que dans un rayon onde radio ?
2) Donc, est-ce que la longueur d'onde d'un train de photons est la distance qui sépare chaque photon dans ce train ? Et donc si on émet les photons un par un dans un laps de temps plus long est-ce que la fréquence du train de photon change ?
3) Et sinon comment fonctionne le décalage vers le rouge observé des étoiles qui s'éloigne de nous ?
4) Sait on créer un endroit où il n'y aucun photon ? Pour la lumière visible ça parait assez simple mais certaines autres longueurs d'onde traversent la matière, mais pas forcément les métaux, je crois non ?
Merci d'avance encore une fois !
Juste pour avoir une idée, si on prend des photons dans le visible, quel est l'ordre de grandeur de la largeur de la bande de fréquence qu'il couvre ?
Bonjour,
Quel est le raccourci ? Le fait de ne considérer qu'un seul photon ou le fait d'associer le paramètre "fréquence" à ce photon ?
... mal dit, je reformule : le fait d'attribuer au photon une propriété "fréquence" ...
Bonjour ,
J'en profite : je n'ai pas compris la remarque de alban .
Pour moi , un photon est caractérisé par son énergie , sa longueur d'onde , sa fréquence , son impulsion , tous ces paramètres étant évidemment liés .
Bonjour,
En temporel, cela se traduit par une porteuse modulée en amplitude. Donc là aussi il est possible de définir une seule fréquence : celle de la porteuse.
Bonjour,
Le photon est "l'élément de base" de l'interaction matière / rayonnement électromagnétique : cette interaction ne peut se faire que photon par photon. Entre un photon associé à des rayons gamma et un photon associé à des rayons X, la différence, c'est la fréquence du rayonnement. La fréquence étant potentiellement continue (à ma connaissance), il n'y a aucune raison que le ratio d'énergie entre ces deux photons soit entier. Sachant cela, peux-tu reformuler 2) ?
Dernière modification par phuphus ; 07/07/2018 à 13h31.
Bonjour Arngattaca,
Je crois que tu n'y es pas. L'intensité lumineuse est liée au nombre de photons. Plus il y a de photons, plus l'intensité lumineuse est élevée.
Mais ce qui est plus compliqué, c'est que la couleur de la lumière (radio, infrarouge, bleu etc) détermine l'énergie de chaque photon. Par exemple un photon violet est deux fois plus énergétique qu'un photon rouge.
Donc, à puissance égale (en watts), un faisceau de lumière violette contiendra deux fois moins de photons par seconde (chaque photon portant un certain nombre de joules) qu'un faisceau de lumière rouge.
C'est la raison pour laquelle les rayons gamma sont très dangeureux. Même de faible intensité, chaque photon gamma concentre une grande énergie à lui tout seul. Il peut faire des dégâts à l'échelle moléculaire.
Un faisceau d'ondes radios, c'est comme une bruine épaisse, chaque goutte d'eau étant un photon. Un faisceau de lumière verte, c'est une pluie tropicale. Un faisceau de rayons gamma, c'est une pluie d'enclumes !
Même si un orage peut déverser des tonnes d'eau, il ne fera jamais autant de dégâts, localement, que la chute d'une seule enclume de 10 kilos.
C'est exactement la même chose pour les photons.
Non, chaque photon porte sa propre longueur d'onde. Leur espacement détermine l'intensité du faisceau lumineux. Pas sa couleur.
Dans le cas d'étoiles proches, la source de lumière s'éloignant de nous, elle paraît évoluer au ralenti, car chaque image que nous voyons est légèrement en retard par rapport à la précédente, du fait que son trajet vers nous dure un peu plus longtemps à chaque fois. On voit comme un film au ralenti.
Cela concerne aussi les ondes électromagnétiques comme la lumière. La source de lumière paraît osciller avec une fréquence plus basse, donc avec une lumière un peu plus rouge.
Si on raisonne photon par photon, on est dans le domaine quantique, où il n'y a plus véritablement ni onde ni particules, mais plutôt des "quanta", concept plus compliqué qui remplace les deux à la fois. Le photon est le quantum de lumière (un quantum, des quanta).
De plus, si on regarde les galaxies lointaines, leur fuite n'est pas un mouvement propre, mais un effet relativiste. Ce qui complique encore les choses. Il y a toutefois une image assez simple : on dit que les photons émis par les galaxies lointaines voyagent dans un "espace en expansion", et que leur longueur d'onde associée s'allonge d'autant durant leur voyage.
Non, car le photon est l'élément de base du champ électromagnétique. Ce champ existe dans tout l'espace. Lorsqu'il a une intensité nulle, le nombre de photons associés tend vers zéro, mais en contrepartie, lorsque le champ varie avec une fréquence très lente, le nombre de photons associés tend vers l'infini, car l'énergie de chacun d'eux tend vers zéro, comme la fréquence.
Le fait de considérer l'existence d'une particule chargée (le noyau des atomes d'un métal, par exemple), implique l'existence d'un champ électrique, qui à son tour implique l'existence de photons. Même si dans la cas d'un champ statique, il est bien plus simple de dire que le champ vaut "tant de volts par mètre", que d'essayer de dire qu'il y a une "infinité de photons d'énergie nulle" autour de la particule.
Et si on considère le vide absolu, les effets quantiques font que des photons virtuels y existent en permanence.
Dans un espace vectoriel discret, les boules fermées sont ouvertes.
Si on raisonne photon par photon, on est dans le domaine quantique, où il n'y a plus d'ondes, que des quanta. Un photon est un quantum de rayonnement électromagnétique.
La réalité, c'est ce qui reste quand on cesse de croire à la matrice logicielle.
@phuphus, Merci pour ta réponse, il me sembe que reformuler 2) n'as plus de sens il me semble que si chaque photon a sa fréquence, l'espacement entre les photons n'as pas d'incidence sur la fréquence et donc de la lumière bleu emise photon par photon sera toujours de la lumière bleu, sauf si la source ou la destionation se déplace (rapidement) d ou ma question à l'origine.
@Pio2001 Merci pour cette réponse très complète, j'ai encore un peu de mal avec le décalage vers le rouge que je n'arrive toujours pas à me représenter avec des photons qui porte individuellement leur longueur d'onde, pourquoi un photon émis pas une source en mouvement (relatif) aurait une fréquence plus élevée ou plus basse, cela aurait été plus facile si l'espacement des photons avait été en rapport avec la longueur d'ondes.
Je retourne étudier tout ça merci encore à tous.
Bonjour,
OK pour 2).
Si ta question du décalage se rapporte à des sources qui s'éloignent, alors ce décalage se fait par effet Doppler-Fizeau (et donc pour des sources qui se rapprochent, il y aura "décalage vers le bleu"). Si ta question se rapporte à l'expansion de l'Univers, je préfère ne pas répondre, je pense que d'autres sauront mieux te répondre que moi.
De même que le photon n'est pas une onde à proprement parler, ce n'est pas non plus une particule ponctuelle. Ce qui est indivisible, ce n'est pas l'espace qu'il occupe, c'est la quantité d'énergie qu'il transporte (sauf si on l'absorbe d'abord, puis qu'on ré-émet deux photons ensuite).
Le passage d'un photon en un point n'est pas instantané dans le temps. Selon les inégalités de Heisenberg, il sera même d'autant plus long que sa fréquence est étroite. C'est l'inégalité énergie / temps : plus l'énergie, donc la fréquence associée, est déterminée avec précision, plus l'instant de passage du photon est indéterminé dans le temps.
Inversement, plus le passage d'un photon est réduit à un instant précis, moins son énergie est déterminée avec précision.
A toutes fins utiles, on peut s'imaginer le photon comme un petit morceau d'onde électromagnétique, sujet aux ralentissements et accélérations dus au mouvement relatif de la source de lumière (la vitesse de déplacement dans le vide reste bien entendu strictement égale à la vitesse de la lumière)... mais indivisible : l'énergie qu'il transporte ne peut être cédée qu'entièrement ou pas du tout.
Dans un espace vectoriel discret, les boules fermées sont ouvertes.
C'est l'effet Doppler. Vous le connaissez avec les ondes sonores quand vous entendez passer un camion de pompier (le son de la sirène est plus aigu quand le camion se rapproche de vous, plus grave quand il s'éloigne). Il y a le même effet avec les ondes lumineuses. Le décalage vers le rouge signifie une fréquence reçue plus faible que la fréquence émise et signifie que la source lumineuse s'éloigne (c'est l'équivalent du son de sirène plus grave).
Bonjour,
Les mécanismes d'émission / réception sont-ils toujours monochromatiques ?
J'irais plus loin en disant que le photon est l'unité informative de l'univers mémorisant un changement de la matière.
Etant "neutre" (ses propriétés suffisent à produire toutes les autres) , pris dans le sens de pivot central de toute interaction, il permet de transférer un changement d'une forme à une autre de la matière (ce que nous appelons énergie).
Après, savoir quelle est "sa" longueur d'onde est une question ambiguë, puisque tout dépend du point de vue sur ce changement.
A noter qu'un photon "seul" n'existe pas, car il nécessite un point de vue pour être caractérisé, sans quoi il est virtuel.
Voir par exemple la reflexion suivante (qui se discute bien sur) :
https://www.newscientist.com/article...-really-exist/
Bonjour, et Merci.
Paradoxe onde-corpuscule, en vrai je pense que c'est tellement infiniment petit que c'est la théorie des corpuscules qui forment des ondes qui est vraie, et les photons s'attirent entre entre, en gros si on éclaire avec une lampe torche, les photons ont tendance à aller vers une seule direction concentrée.
Salut,
Tu te bases sur une étude sérieuse là ? Ou c'est une opinion personnelle gratuite ?
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Le photon est le boson médiateur de l'interaction électromagnétique, qui est responsable de la rigidité et de la compacité des solides, de la pression dans les gaz et les liquides, et de tout un tas de choses.
Mais ce n'est pas une particule fondamentale vis-à-vis de toute matière : les bosons W+, W- et Z0 sont médiateurs d'une autre interaction, l'interaction nucléaire faible. Et il y a aussi les gluons, qui sont les médiateurs de l'interaction nucléaire forte.
Enfin, la gravitation est une quatrième force fondamentale, qui agit, elle aussi sans l'aide d'aucun photon.
Dans la phrase 'The idea of a single ‘photon’ propagating is meaningless', ce n'est pas la notion de photon seul qui n'a pas de sens. On manipule couramment des photons seuls dans les laboratoires. J'en ai même vu quelques uns se désintégrer en paires életron - positron en TP de physique atomique quand j'étais étudiant à la fac. On devait monter un appareil pour les compter.
C'est le fait qu'il se propage qui n'a pas de sens : une trajectoire n'existe que si l'environnement du photon permet son observation. C'est un des concepts troublants de la mécanique quantique.
Dans un espace vectoriel discret, les boules fermées sont ouvertes.
Bjr à toi,
Du n'importe quoi !
Apparemment tu n'as pas l'air de connaitre ce qui s'appele la..divergence !!!
Si rien ne concentre les photons....ils divergent ( s'écartent )
Meme les lasers ne restent pas concentrés.
A+
La mesquinerie et rabrouement est un indicateur d'état d'esprit de l'auteur.
Re-bonjour à tous,
Après avoir revu en vidéo une conférence de Alain Aspect, j’ai une question à laquelle l’un de vous pourra peut-être répondre.
Est-ce que dans une expérience ou on émet un seul photon qui passe dans un séparateur optique qui donnes 50% de chance de prendre le chemin A et 50% de chance de prendre le chemin B.
Si ces deux chemins partent à l’opposer l’un de l’autre avec au bout un capteur chacun.
Si ces deux chemins mesures disons exactement 50m.
Si on respecte l’expérience des milliers de fois on a de grande chance d’avoir à peu près 50% de détection sur le capteur A et 50% sur le capteur B.
J'ai cru comprendre que le photon se trouve sur les deux chemins tant qu'il n'était pas mesurer !
De fait, est-ce que cette proportion change si le capteur A se trouve à 45m et le capteur B à 50m ?
Bref est-ce que si on force la mesure A avant la mesure B on a moins de chance d'obtenir des détéctions sur le capteur B.
Merci d’avance.
Non, la distance ne change rien. Les proportions restent de 50/50.
Mais il est tout-à-fait possible de choisir d'autres proportions, en polarisant préalablement le photon, car le séparateur est sensible à la polarisation.
On peut par exemple obtenir 90 % d'un côté et 10 % de l'autre.
En fait, si on envoie un rayon lumineux normal, composé de milliards de photons par seconde, vers un séparateur de ce genre, le faisceau sera divisé en deux faisceaux dont on peut régler l'intensité. On peut choisir d'avoir 50/50.
Dans ce cas, on comprend plus facilement que l'intensité lumineuse ne dépend pas du tout de la longueur des faisceaux. Elle est fixée au départ.
Lorsqu'on réduit l'intensité lumineuse, il arrive un moment où l'intensité devient si faible qu'on ne compte plus qu'un photon de temps en temps. La probabilité de présence du photon après le séparateur suit alors la même loi que l'intensité lumineuse. Sauf qu'au bout du trajet, lorsqu'on place un capteur, le photon étant indivisible, il finit toujours à 100% d'un côté... ou de l'autre.
Dans un espace vectoriel discret, les boules fermées sont ouvertes.
