Masse négative?

[Deedee81]

Salut,

Soyons gentil et expliquons.

Ils disent aussi que si l'antiparticule possédait une énergie négative lors de son annihilation il n'y aurait aucune libération d'énergie ce qui semble en contradiction totale avec E=mc2 donc la relativité

Tout d'abord, les antiparticules ont une énergie positive. Ca, ça ne fait aucun doute.
Notons que les énergie négatives ne sont pas une hérésie, ça existe et c'est même relativement banal : les énergies de liaison par exemple, mais aussi pour les particules et antiparticules en présence d'accélérations ou de gravité.

Là n'est pas le problème.
Ici, l'hypothèse (qui reste à vérifier) serait une masse négative et une énergie positive. Et ce n'est pas en contradiction avec E=mc² car la formule en relativité est :


Et E=mc² n'est qu'un cas particulier, au repos quand p=0, et même dans ce cas il y a deux solutions possibles :
E=mc² et E=-mc²

Pourquoi prendre la première seulement ? Car c'est ce qui est observé !!!! Tout bêtement.
Mais rien ne dit que l'on n'a pas ça pour l'antimatière.
D'ailleurs, l’occurrence de ce genre d'état arrive facilement. En physique classique, no problemos, les deux solutions sont totalement découplées dans toute évolution dynamique d'un système.
Mais en mécanique quantique, surprises : par exemple, l'équation de Dirac présente les deux solutions et elles sont couplées. Un atome d'hydrogène pourrait ainsi être dans son état de base et basculer dans des états d'énergie négative en émettant un photon 2mc² (gap de 2mc² dans le spectre d'énergie) (phénomène assez semblable à l'effet tunnel).
Mais ça n'arrive pas. Et le problème a été résolu en passant à une théorie multi-particule (la théorie quantique des champs) et en réinterprétant ces états à l'aide de la symétrie CPT.

Cela n'exclut toutefois pas les états d'énergie négative (lors d'une transformation de référentiel, le passage à, un référentiel accéléré les fait ressurgir) ni les masses négatives.
Et une antiparticule pourrait très bien avoir une masse négative et une énergie E = -mc².
Ce n'est en tout cas pas (encore) exclu, même si cela me semble assez peu probable
(par exemple, la violation CP peut en découler mais cela implique une violation plus forte lorsque la masse augmente, et ainsi la violation CP devrait être beaucoup plus forte avec les mésons B qu'avec les mésons K. Alors que la théorie "classique" avec masse positive dit que la violation doit être plus faible car la durée de vie des mésons B est beaucoup plus courte. L'expérience Babar a confirmé la théorie classique.
Il y a aussi les difficultés en relativité générale, il faut passer à des théories bimétriques).
Mais la théorie est vicieuse car elle offre beaucoup de possibilités. Il reste donc a le vérifier directement. Ce qui est toujours en cours (et est diablement long, ce qui est vraiment énervant).
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[papy-alain]

J'ai toujours du mal a cerner la notion d'énergie négative pour une particule de masse positive.
J'ai cru comprendre qu'il ne s'agissait ni d'énergie électromagnétique, ni d'énergie gravitationnelle, ni d'énergie cinétique.
De quoi parle-t-on exactement ?

[Deedee81]

J'ai toujours du mal a cerner la notion d'énergie négative pour une particule de masse positive.
J'ai cru comprendre qu'il ne s'agissait ni d'énergie électromagnétique, ni d'énergie gravitationnelle, ni d'énergie cinétique.
De quoi parle-t-on exactement ?

D'énergie propre

Je ne vois pas pourquoi ça te pose problème.
- D'une part l'énergie et la masse sont des grandeurs différentes, avec leurs propres définitions (par exemple, l'énergie est juste la grandeur conservée associée aux translations dans le temps, et la masse est liée à l'inertie). Il n'y a pas de raison qu'elles aient le même signe.
- D'ailleurs la relation (correcte) entre énergie, masse et impulsion ne montre aucun lien de signe.
- D'autre part, les énergies négatives c'est banal en physique : énergie de liaison, énergie potentielle,...
- Ensuite, il s'avère que l'on montré que la masse n'était rien d'autre qu'une forme d'énergie potentielle liée à l'interaction avec le champ de Higgs. Elle peut donc très bien être négative.... même si ça reste à vérifier.

[0577]

Bonjour,

en physique classique, une manière de se donner une théorie est de se donner un lagrangien. A partir d'un lagrangien, on peut dériver de manière systématique les formules pour l'impulsion, l'énergie, les équations du mouvement...

Une particule libre relativiste est décrite par le lagrangien

J'utilise la convention c=1.

La constante m est par définition la masse (inertielle) de la particule.

A partir de ce lagrangien, on obtient simplement, par les règles de la mécanique classique, l'hamiltonien, i.e. l'énergie

En particulier, si v=0, alors E=m. Cette dérivation est valable quel que soit le signe de m et donne pour conclusion que l'énergie d'une particule libre relativiste a même signe que sa masse. La relation est bien entendu vérifiée mais ne peut pas servir de définition de E ou de m à cause de l'ambiguïté de la racine carrée. Les définitions standard de E et m utilisées en physique classique sont celles que j'ai utilisées ci-dessus.

[invite6486d7bd]

- Ensuite, il s'avère que l'on montré que la masse n'était rien d'autre qu'une forme d'énergie potentielle liée à l'interaction avec le champ de Higgs. Elle peut donc très bien être négative.... même si ça reste à vérifier.

Justement, du point de vue du modèle de Higgs, qui fourni une explication à l'origine des masses, si on se réfère à l'image qui en est faite (à titre de vulgarisation certes), la masse est acquise par les particules lorsqu'elles interagissent avec le champ de Higgs : L'image vulgarisée qu'on en donne est celle de la célébrité qui rentre dans un salon et qui est ralentie par les "groupies" qui s'agglutinent autour d'elle, qui acquiert donc de la "masse", que l'on peut comparer à l'anonyme (sans masse, ou peu) qui entre dans le salon et se déplace sans être gèné dans ses déplacements car personne (ou peu) ne s'en soucie.

La question qui vient justement avec cette vision des choses est : Que se passerait-il pour une particule de masse négative, puisque la particule de masse nulle se déplace déjà au mieux (à C donc pour ce que nous en savons) ?

Si on admet que C est la vitesse limite, doit on en déduire que le mécanisme serait inversé ?
C'est à dire que plus quelqu'un est célèbre mais dans le mauvais sens du terme (masse négative), et plus les invites non seulement l'évitent, mais aussi le repoussent si "par hasard" il rencontre les invités ?
J'ai du mal à imaginer un mécanisme symétrique...(puis-qu’ici on a l'impression qu'il n'est pas question de limitation au déplacement comme avec les masses positives.)

Une version qui me semble plus symétrique et amusante serait par contre d'imaginer que plus les groupies sont éloignés et plus la célébrité est ralentie, la célébrité négative circulant au mieux lorsque les groupies sont proches.

[Deedee81]

La question, qu'elle en est bonne. Bon, pas au niveau vulgarisation (dont le caractère explicatif ici est fort limité, d'ailleurs je préfère l'image du gros sac à dos remplit de particules virtuelles )
Mais technique ?
Je n'y ai jamais réfléchi et comme ce n'est pas simple je n'arrive pas à avoir l'intuition correct.

On doit pouvoir trouver ça sur le net....

[pm42]

On doit pouvoir trouver ça sur le net....

2 éléments de réponse pour commencer :
https://physics.stackexchange.com/qu...-negative-mass
https://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_...rnative_models

[Deedee81]

D'accord, merci.
Le premier est intéressant je trouve.

Chez moi dans un bouquin de TQC j'ai le détail du mécanisme de Higgs. Faudra que je reparcourt le passage ou le regroupement des termes des bosons de jauge avec les bosons de Goldstone donne les termes de masse. Histoire de me rafraichir la mémoire. Du week end, si j'y pense et si j'ai le temps.

[papy-alain]

En tout cas, si l'expérience AEGIS devait confirmer que les antiparticules ont bien une masse positive (comme on s'y attend), il faudra se rendre à l'évidence qu'aucune observation de masse négative n'a jamais été enregistrée.

[Deedee81]

En tout cas, si l'expérience AEGIS devait confirmer que les antiparticules ont bien une masse positive (comme on s'y attend), il faudra se rendre à l'évidence qu'aucune observation de masse négative n'a jamais été enregistrée.

+1
Et si à l'inverse ça donne une "antigravitation", ce sera une petite révolution théorique

[shub22]

Et ça pourrait aussi faire d'une pierre 2 coups: expliquer la disparition de l'antimatière (quoi que Sakharov ait établi 3 conditions de sa disparition) et aussi l'énergie sombre par la répulsion anti-gravitationelle
Avec une perspective éventuelle d'une relation entre les 2 en étant optimiste, ce qui semblerait incertain quand même
Non, ou je me trompe tout à fait ?

[papy-alain]

Non, ou je me trompe tout à fait ?

Tu te trompe tout à fait. Matière et antimatière s'annihilent avec production d'énergie positive.

[Deedee81]

Salut,

Tu te trompe tout à fait. Matière et antimatière s'annihilent avec production d'énergie positive.

C'est d'ailleurs indispensable en cosmologie. Au début il y avait (presque) autant de matière que d'antimatière. et l'annihilation a produit un bain de photons très intense qui "cuisait" littéralement les protons et neutrons qui restaient.

Les neutrons sont instables. Mais une fois liés (pour former surtout de l'hélium) ils sont stables. La proportion de neutrons/hélium (et autres éléments) dépend fortement de l'instant où les noyaux se forment. Et ça, ça dépend fortement de ce bain de photons qui, s'il est intense, à tendance à briser les noyaux (ou plutôt empêcher leur formation).
Les calculs de nucléosynthèse reproduisent fidèlement les proportions observées d'éléments primordiaux (observables dans les vieux nuages) : H, He, D, Li,...
Avec un seul paramètre libre : le nombre de photons par nucléons.
(EDIT : un extraordinaire succès de la cosmologie, faut bien le souligner )
Et cela donne qu'au départ on devait avoir 1000000001 particules pour 1000000000 antiparticules.

Ce n'est pas l'annihilation de l'antimatière qui est mystérieuse. C'est ce infime écart. En général, dans ce genre de situation, soit les valeurs sont très différentes soit strictement égale (par exemple à cause d'une symétrie). Donc on a tendance à supposer ce parfait équilibre initial (ce n'est pas mon cas, moi aussi j'ai mes petites idées perso dont je ne parle pas ici ) puis apparition d'un déséquilibre. Pour cela il faut une asymétrie matière-antimatière, et elle existe (la violation CP, bien qu'elle soit insuffisante car très faible et la période avant l'annihilation trop courte), mais il faut aussi un déséquilibre thermique (sinon on montre que la violation n'apporte rien, et un tel déséquilibre n'est pas facile à avoir) et une violation des nombres baryoniques et leptoniques (permis par la supersymétrie..... qui bien élégante et naturelle, n'est toujours pas validée par le LHC.... que du contraire).

Bref, on est dans le flou (quantique ?). Comme d'hab (énergie noire, matière noire, inflation), ce n'est pas idées et les théories qui manquent. Doit pas y avoir grand chose qui n'ait déjà été imaginé par des plus malins/curieux que nous. Ce qui manque c'est des données (observations, expériences).

Bon, je vais construire un supermégaLHC dans ma cour. Qui veux me financer ?

[Deedee81]

Doit pas y avoir grand chose qui n'ait déjà été imaginé par des plus malins/curieux que nous. Ce qui manque c'est des données (observations, expériences).

Comme je dis souvent : vous avez une idée/théorie pour ce genre de chose ? Ok :
- Soit c'est idiot
- Soit cela a déjà été imaginé
- Soit c'est original (ça arrive) : faites la queue

[shub22]

Bon, je vais construire un supermégaLHC dans ma cour. Qui veux me financer ?

Moi je veux bien: tu acceptes les tickets restaurants ?
Pardon! En tout cas bel enthousiasme, ça fait plaisir.

Quand est-ce que tu nous communiques tes idées perso ?

[Deedee81]

Quand est-ce que tu nous communiques tes idées perso ?

Soit ailleurs..... soit ici si je publiais (ce qui n'est pas pour tout de suite.... peut-être même jamais)

[invite046e427d]

Salut,

Comme je dis souvent : vous avez une idée/théorie pour ce genre de chose ? Ok :
- Soit c'est original (ça arrive) : faites la queue

Il doit y avoir une longue file d'attente.

[roro222]

Bon, je vais construire un supermégaLHC dans ma cour. Qui veux me financer ?

Salut
Pas la peine, comme l'univers est régi par des lois mathématiques
Une simple feuille de papier, un stylo et une loi mathématique que tu as apprise en 6ème ou avant te permette de démontré la supériorité de la matière/ l'antimatière.
Mais chut.....démonstration d'arrière boutique sortie du fond d'un garage
Je te laisse la découvrir

[Deedee81]

Il doit y avoir une longue file d'attente.

Sur ces différents problèmes ouverts : oh oui !!!!
Même sur des sujets plus ciblés : anomalie de la taille du proton, anomalie de la durée de vie du neutron,... Il y a plusieurs idées en lice.
Par contre, pour un truc comme la supraconductivité HT je ne sais pas s'il y a déjà des théories candidates (je sais qu'on a un certain nombre d'indices forts, mais sans plus).

Ma foi, c'est aussi ça qui est passionnant

[Deedee81]

Une simple feuille de papier, un stylo et une loi mathématique que tu as apprise en 6ème ou avant te permette de démontré la supériorité de la matière/ l'antimatière.
Mais chut.....démonstration d'arrière boutique sortie du fond d'un garage
Je te laisse la découvrir

Ce qui est amusant, c'est que, ça, c'est le plus facile

(enfin presque, car pour mon idée, je me suis attaqué à un résultat intermédiaire et j'ai obtenu un truc intéressant, dont j'avais parlé d'ailleurs, mais qui me bloquait pour mon idée. Comme quoi théoriser n'est pas si facile).

[papy-alain]

Sous certaines conditions bien précises, il est possible de créer de la matière à partir d'énergie pure (photons). Sait on si de l'antimatière pourrait être créée de la même manière ?

[Deedee81]

Sous certaines conditions bien précises, il est possible de créer de la matière à partir d'énergie pure (photons). Sait on si de l'antimatière pourrait être créée de la même manière ?

Oui, c'est certain et en fait c'est automatiquement le cas. Ainsi, un photon gamma peut se scinder en une paire électron-positron dans le voisinage d'un noyau (interaction avec le champ électrique intense du noyau) :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Cr%C3%...et_un_positron

Mais pour les photons, je ne parlerais pas "d'énergie pure". D'une part parce qu'un photon a plusieurs propriétés : impulsion (dont direction inclue), polarisation/spin, constante de couplage EM, d'autre part parce que la définition de l'énergie fait que celle-ci est une grandeur construite à partir d'autres grandeurs caractérisant un système physique donné. Ce serait comme parler d'amour sans le moindre être vivant L'énergie c'est toujours l'énergie de "quelque chose", jamais de "l'énergie pure" qui fait un peu S.F.

[papy-alain]

Oui, c'est certain et en fait c'est automatiquement le cas. Ainsi, un photon gamma peut se scinder en une paire électron-positron dans le voisinage d'un noyau (interaction avec le champ électrique intense du noyau)

Donc, lors de la nucléosynthèse primordiale, il devait se créer autant d'antimatière que de matière, non ?

[invite046e427d]

Salut

(...)Une simple feuille de papier, un stylo (...)

On peut aussi remplacer la feuille de papier par une feuille de tableur et le stylo par une souris.

[Yoghourt]

Bonjour Papy-Alain,
Ca, c'est quelque part LA grande question.
https://www.futura-sciences.com/scie...it-999/page/4/
https://www.futura-sciences.com/scie...s-1671/page/5/
https://www.futura-sciences.com/scie...rs-532/page/5/

Bonne lecture,
Y.

[Deedee81]

Donc, lors de la nucléosynthèse primordiale, il devait se créer autant d'antimatière que de matière, non ?

Ben oui, c'est bien ce que j'expliquais plus haut, c'est bien ce qui est supposé.

[papy-alain]

Le premier article mentionné par Yoghourt souligne bien à quel point le problème est ardu. Finalement, le fait qu'il existe une telle disproportion ne plaide-t-il pas pour une origine de la matière antérieure au Big Bang, ce qui pourrait être le cas d'un univers en rebond ?

[Deedee81]

Salut,

Le premier article mentionné par Yoghourt souligne bien à quel point le problème est ardu. Finalement, le fait qu'il existe une telle disproportion ne plaide-t-il pas pour une origine de la matière antérieure au Big Bang, ce qui pourrait être le cas d'un univers en rebond ?

Comme dit plus haut, la disproportion n'est pas énorme.
Il faut tenir compte du fait que l'essentiel de la matière et de l'antimatière se sont annihilés.
Au départ il y avait un écart de 1 particule pour un milliard ! 100000001 particules pour 1000000000 antiparticules.
Et évidemment après annihilation, il reste 1 particule pour 0 antiparticule.

Le mystère n'est donc pas l'écart matière antimatière, c'est plutôt : "pourquoi un écart si faible".
En particulier, si divers effets comme des hétérogénéités, une antigravitation ou des antisymétries (comme la violation CP) avaient joués sur une longue période (pré-bigbang) : pourquoi un écart si minuscule.

Le problème est vachement plus épineux qu'il n'y parait.

[invite6c093f92]

Donc, lors de la nucléosynthèse primordiale, il devait se créer autant d'antimatière que de matière, non ?

Ha bon? le problème que tu évoques, c'est la baryogenèse, qui est, d'une époque antérieure à la nucléosynthèse primordiale, enfin il me semble hein...Bien possible que c'est moi qui confond...

[invite6486d7bd]

Au départ il y avait un écart de 1 particule pour un milliard ! 100000001 particules pour 1000000000 antiparticules.
Et évidemment après annihilation, il reste 1 particule pour 0 antiparticule.

Le mystère n'est donc pas l'écart matière antimatière, c'est plutôt : "pourquoi un écart si faible".

Peut-être parce-que le calcul est approximatif et donc l'écart faux ?