Boite à photon

[invite46b4a9f3]

Bonjour,

Je bloque sur une expérience de pensée :

Je balance un photon dans une boite sous vide parfait dont les parois intérieures sont réfléchissantes à 100 %.

Quelle va être la dynamique du photon ?
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[coussin]

Bah il va rebondir indéfiniment, non ?

Édit : s'il à la bonne fréquence. Sinon, il ne rentre pas dans la boîte.

[invite46b4a9f3]

Bah il va rebondir indéfiniment, non ?

Le photon ne perd donc pas d'énergie à chaque impact ? Son lambda reste le même ?


[QUOTE= Édit : s'il à la bonne fréquence. Sinon, il ne rentre pas dans la boîte.[/QUOTE]

Je ne comprends pas , peux tu détailler stp ?

[pm42]

Le photon ne perd donc pas d'énergie à chaque impact ? Son lambda reste le même ?

Tu as dis "100% réfléchissante". Et 1 photon ne peut pas perdre d'énergie. Il est créé, absorbé et c'est tout.

Je ne comprends pas , peux tu détailler stp ?

Prends un photon dont l'énergie le mets dans les rayons X et regarde ce qui se passe. Ou un qui soit du coté des ondes radios.

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

C'est une expérience de pensée, on est d'accord. Vous avez pris des murs 100% réfléchissants, à toutes les fréquences. En faisant ça, vous imposez des conditions aux limites faisant que seules quelques fréquences discrètes peuvent exister dans la boîte (ce sont les modes propres de la boîte).
Si le photon que vous envoyez n'a pas une de ces fréquences bien précises, il ne rentre pas dans la boîte. Si c'est le cas, il rentre et il s'établit le mode propre correspondant (un autre manière de dire que le photon rebondit indéfiniment).

Sinon, ça a été dit, un photon ne perd pas d'énergie en rebondissant sur une surface réfléchissante. Idéalisée ou non (c'est une approximation. En toute rigueur, on peut avoir des processus inelastiques Stokes dans lequel un phonon du miroir peut être excité).

[invite46b4a9f3]

Merci pm42 et coussin pour votre intervention

Donc photon immortel et intègre jusqu'à t = infini. ( tant qu'il n'y a pas d'obstacle )

Par contre je ne comprends pas le fait qu'il ne rentre pas si la fréquence est inadaptée. Comment dois je me représenter cela ? Même en prenant un rayon X et en lisant la définition d'un mode propre je ne visualise pas ...

[albanxiii]

MPar contre je ne comprends pas le fait qu'il ne rentre pas si la fréquence est inadaptée.

Votre boîte a un volume limité, cela implique des restrictions sur les énergies possibles des photons qui peuvent d'y trouver (car parler de fréquence pour un photon n'a aucun sens, une bise à coussin en passant ).
C'est une règle générale en mécanique quantique, les objets confinés voient leur niveau d'énergie quantifiés, seules certaines valeurs sont permises (le grand classique = la particule dans une boîte, votre exemple en est l'analogue. Autre exemple, un électron dans un atome, le potentiel coulombien confine en quelque sorte la région de l'espace dans laquelle on peut considérer qu'il fait partie de l'atome).

[invite46b4a9f3]

Bonjour albanxiii ,

Je pense avoir compris cette fois ^^

Du coup , j'aimerais savoir svp quel volume minimum doit avoir ma boite ( un cube ) pour y caser un photon de 100 eV puis pour y caser un photon de 1 MeV ( cela me permettra de mettre à l’échelle mon expérience de pensée ^^ ).

Merci d'avance car je suis nul en formulation ...

[coussin]

Ne vous souciez pas de ça. Pour des cavités de quelques centimètres (je pense que c'est ce que vous avez en tête), l'intervalle spectral libre est tellement petit que vos photons rentreront toujours.

[coussin]

Je vous rappelle qu'on est dans le domaine de l'expérience de pensée, hein. Parce que si on est réaliste, il n'y a aucun matériau qui réfléchi des photons de 1 MeV.

[invite46b4a9f3]

Ok me voilà bien avancé merci ^^

Vu que vous avez le don de me faire comprendre les choses , je vous propose une dernière expérience de pensée :

Je prend un photon de 100 eV ( par exemple ) et le cube a un volume absolument tout juste suffisant pour le contenir.

Je m’appelle Superman , je met le photon dans la boite et je la referme aussitôt ( le photon ne peut pas s'enfuir ^^ ). Il est donc immobile : comment va t'il se comporter ?

[coussin]

Pourquoi dites-vous que votre photon est immobile ?
Il n'est pas immobile, il vit sa vie dans la boîte pour former une onde électromagnétique stationnaire : un mode propre de la boîte.

[gwgidaz]

Bonjour,

Tout ça devient simple si on considère une onde électromagnétique plutôt que le photon.

Votre boîte possède des modes propres de résonance. Seules certaines fréquences peuvent exister dans la boîte.( voir cours sur les cavités)

Les autres ne peuvent pas entrer, aussi bizarre que cela puisse sembler.