Champ quantique et particules

[giwot]

Bonjour,
Je voudrais vérifier si je suis sur la bonne voie en disant :
Une particule est une perturbation de champ ?
Un champ quantique sans particule n’a que des valeurs nulles ???
En dehors des propriétés des particules (spin, masse, etc. ) on ne connait pas sa composition car on ne peut pas la voir. On ne peut voir que son effet ou la perturbation qu’elle occasionne dans le champ ??
Un champ quantique n’a pas plus de limite que l’univers ??
Chaque particule a son champ quantique propre ??
Il n’y a pas aujourd’hui de champ quantique universel où l’on peut rassembler les particules ???
Certaines particules ne perturbent pas le champ car elles n’ont pas assez d’énergie pour cela et lors de collision de particules dans le collisionneur, l’énergie déployée permet de les révéler ?????
Dans ce cas existe-t-il une valeur seuil qui n’entraine pas de perturbation de champ et pourquoi ??
Je m’arrête là dans mes questions et vous remercie d’avance si vous avez quelques minutes à m’accorder.
-----

[Deedee81]

Salut,

Une particule est une perturbation de champ ?

Plus précisément, on part du champ décrit en physique classique. Puis on passe à la description quantique et les perturbations quantifiées deviennent les particules.
Ce n'est pas tout à fait la même chose. Et de fait :

Un champ quantique sans particule n’a que des valeurs nulles ???

En physique quantique n'existent que les particules (le champ de base fait partie de la formulation classique) et il n'est pas tout à fait juste de dire que le champ est nul.
Un champ quantique sans particule est juste un champ quantique.... sans particule, ni plus, ni moins.

En dehors des propriétés des particules (spin, masse, etc. ) on ne connait pas sa composition car on ne peut pas la voir. On ne peut voir que son effet ou la perturbation qu’elle occasionne dans le champ ??

Là je ne comprend pas la question. De quelle composition parles-tu ? Des particules composites comme le proton ou d'autre chose ???

Un champ quantique n’a pas plus de limite que l’univers ??

Il n'y a pas de raison de croire autrement.

Chaque particule a son champ quantique propre ??

Chaque type de particule plus précisément, oui, mais attention, ces champs ne sont pas nécessairement indépendants. Par exemple le champ de Dirac (électrons et positrons) et le champ électromagnétique (photons) sont liés par un terme de couplage. Et le champ des protons n'est qu'une approximation des champs des quarks et gluons en interaction qui le composent.

Il n’y a pas aujourd’hui de champ quantique universel où l’on peut rassembler les particules ???

Ca s'appelle "théories de grande unification" (interaction électrofaible + interaction forte), voir théorie "de tout" (beeek le nom, ça inclut la gravité).
Non, on n'a pas de théorie validée de ça.

Certaines particules ne perturbent pas le champ car elles n’ont pas assez d’énergie pour cela et lors de collision de particules dans le collisionneur, l’énergie déployée permet de les révéler ?????

Oui, comme le Higgs par exemple.

Dans ce cas existe-t-il une valeur seuil qui n’entraine pas de perturbation de champ et pourquoi ??

Question de conservation de l'énergie. Si la particule a une masse m, il faut une énergie minimale pour la créer (pour "exciter le champ") : mc².
Les photons sont très faciles à produire car ils sont sans masse propre.

[invite54165721]

le vide quantique n'est qu'une des configurations dans lequel un champ quantique peut se trouver. dans le cas des états cohérents, le vide quantique (c'est un cas particulier) est décrit par sa fonction de wigner sur l'espace des phases (position et impulsion) par une fonction gaussienne symétrique centrée sur l'origine
elle de la forme N exp(-x^2 - p^2)/2)
cette fonction n'est pas la fonction nulle.

il semble que la notion de particule est un cas particulier d'existance du champ, et pas une notion fondamentale

[Deedee81]

Salut,

le vide quantique n'est qu'une des configurations dans lequel un champ quantique peut se trouver. dans le cas des états cohérents, le vide quantique (c'est un cas particulier) est décrit par sa fonction de wigner sur l'espace des phases (position et impulsion) par une fonction gaussienne symétrique centrée sur l'origine
elle de la forme N exp(-x^2 - p^2)/2)
cette fonction n'est pas la fonction nulle.

Tu entres dans de sacrées complications là. Tu veux que giwot face un AVC ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite54165721]

il faudra bien un jour ne plus baisser les bras et se dire que la théorie des champs peut etre vulgarisée. tu fais bien le boulot pour la MQ. Ce n'est qu'un début continuons le combat!

[Deedee81]

il faudra bien un jour ne plus baisser les bras et se dire que la théorie des champs peut etre vulgarisée. tu fais bien le boulot pour la MQ. Ce n'est qu'un début continuons le combat!

D'une manière générale, je suis d'accord, mais il faut aussi se mettre au niveau de son interlocuteur (surtout qu'il est impossible de vulgariser toute la TQC dans un forum). En lisant "fonction gaussienne" il va faire un infar ou bien croire qu'on se Gauss .

[invite54165721]

va pour un avc
ce qui ne tue pas rend plus fort
(j'en ai fait un en vrai)

[Deedee81]

(j'en ai fait un en vrai)

J'en suis désolé. Pas cool.

[albanxiii]

Bonjour,

J'allais demander des précisions à giwot, mais puisque tu as répondu

Plus précisément, on part du champ décrit en physique classique. Puis on passe à la description quantique et les perturbations quantifiées deviennent les particules.

Quel est le sens de perturbation dans ce contexte ?

[Deedee81]

Quel est le sens de perturbation dans ce contexte ?

Non nul (mais au niveau classique, pas au niveau quantique où il n'y a plus guère de sens de parler de champ "continu")

[jacquolintégrateur]

Plus précisément, on part du champ décrit en physique classique.

Bonjour
Seuls le champ de gravitation et le champ électromagnétique ont une manifestation macroscopique. Tous les autres sont essentiellement de nature quantique, avec une ce...une noix vomique sur le gâteaux: le champ de gravitation, dont la "charge" est l'énergie agit sur n'importe quoi!! Du moins, sur tout ce que l'on connaît.
Cordialement

[Deedee81]

Seuls le champ de gravitation et le champ électromagnétique ont une manifestation macroscopique. Tous les autres sont essentiellement de nature quantique, avec une ce...une noix vomique sur le gâteaux: le champ de gravitation, dont la "charge" est l'énergie agit sur n'importe quoi!! Du moins, sur tout ce que l'on connaît.

Pour le champ de Dirac (électrons, positrons, muons, neutrinos, ...) on considère le champ comme classique (le terme de seconde quantification étant plutôt abusif).

Par contre pour les autres, tu as raison, c'est assez différent. Par exemple les bosons intermédiaires apparaissent à travers le mécanisme de symétrie de jauge locale dans l'interaction électro-faible (le photon aussi mais il correspond à sa contre-partie classique.... heureusement).

Mais c'est assez coton à vulgariser (j'ai bien l'intention de m'y attaquer.... hors Futura, j'ai fini pour la mécanique quantique mais je fais une ch'tit pause avec les étoiles et la cosmologie ).

[yves95210]

Mais c'est assez coton à vulgariser

En anglais, il y a ce site, pas mal fait.

Mais c'est la version "avec maths", qui demande quand-même au moins un niveau bac S. L'auteur avait annoncé une version "sans maths", mais depuis 2012 (date de ses articles avec maths) il ne l'a toujours pas publiée:

If math terrifies you, try the non-math version of this presentation [sorry, that version won’t be ready for a while yet.]

Preuve sans-doute que ça ne doit pas être si facile...

Mais bon courage à toi, si tu comptes t'y mettre !

[azizovsky]

il faudra bien un jour ne plus baisser les bras

ça depend, baisser les bras de temps en temps, donne le temps pour mûrir les idées, je change de sujet en une minute , cela ne veux pas dire que je me concentre pas, il y'avais des moment où je dort pas ou presque pas...., mais enfin, ce n'est pas la bonne manière pour avancer, il faut reprendre les forces chaque fois qu il est possible...., ou bien renforcer ''l'artillerie''(maths) de l'attaque du problème, et ça demande du temps comme la dit syborgg sur une autre discussion, ou bien changer complètement de sujet comme j'ai fait hier avec toi, CCR et CAR au film/manga, ...., j'ai bien dormi.

ps: j'ai fait mes études avec des gars qui, au bac, ils'ont résolu des milliers de problèmes....(3ème et... en olympiade du blade), à l'université, un d'eux en MP2 à seulement jeter un coup d'oeil dans un livre de maths sup, il a donné le résultat qui se trouve à la deuxièmes page après ...., il faut savoir qu'ils y'a des gens spéciales, le formalisme mathématique est leurs langue maternelle ...

[giwot]

Tout d’abord merci d’avoir pris le temps de détailler chaque question.

Envoyé par giwot
En dehors des propriétés des particules (spin, masse, etc. ) on ne connait pas sa composition car on ne peut pas la voir. On ne peut voir que son effet ou la perturbation qu’elle occasionne dans le champ ??
Là je ne comprend pas la question. De quelle composition parles-tu ? Des particules composites comme le proton ou d'autre chose ???

Je voulais parler des particules élémentaires. Le mot perturbation signifie-t-il qu’à l'endroit précis où se trouve la particule à l’instant « t », il existe une mesure de la perturbation dans ce champ (un peu comme l’on aurait une mesure de température dans le champ des températures).
Et si oui en quoi consisterait cette mesure ??

Envoyé par giwot
Une particule est une perturbation de champ ?
Plus précisément, on part du champ décrit en physique classique. Puis on passe à la description quantique et les perturbations quantifiées deviennent les particules.
Ce n'est pas tout à fait la même chose. Et de fait :

Sur Wikipédia je peux lire : « En physique des particules, une particule élémentaire, ou particule fondamentale, est une particule dont on ne connaît pas la composition «
Donc on ne connait pas la composition d’une particule élémentaire.
On sait simplement que lorsque le champ est perturbé, à cet endroit précis se trouve la particule. Le fait de dire que la perturbation est la particule, est-ce parce que justement on ne connait pas sa composition et que de ce fait on ne peut pas dire, comme on le ferait d’un objet qu’il est bien là (sans considérer que la vision de l’objet n’est en réalité que le reflet de ce dernier dessiné par les photons qui le révèlent), que la particule est bien là comme étant quelque chose de palpable intellectuellement bien sûr ????

Envoyé par giwot
Un champ quantique sans particule n’a que des valeurs nulles ???
En physique quantique n'existent que les particules (le champ de base fait partie de la formulation classique) et il n'est pas tout à fait juste de dire que le champ est nul.
Un champ quantique sans particule est juste un champ quantique.... sans particule, ni plus, ni moins.

donc, on peut concevoir une notion de champ sans particule ?

Je pensais à tord semble-t-il que la notion de champ était lié à la notion de particule…

Dans ce cas est-ce de la pure théorie sans application pratique ??

[Deedee81]

Salut,

Je voulais parler des particules élémentaires. Le mot perturbation signifie-t-il qu’à l'endroit précis où se trouve la particule à l’instant « t », il existe une mesure de la perturbation dans ce champ (un peu comme l’on aurait une mesure de température dans le champ des températures).
Et si oui en quoi consisterait cette mesure ??

Je ne comprend pas cette question. Si tu as une particule (qui peut être vue comme la quantification des perturbations du champ) et que celle-ci frappe une plaque photo graphique et laisse une trace. Ca ne te suffit pas comme mesure ???

Sur Wikipédia je peux lire : « En physique des particules, une particule élémentaire, ou particule fondamentale, est une particule dont on ne connaît pas la composition «

C'est très mal formulé. Il serait plus juste de dire qu'une particule élémentaire n'a (à notre connaissance) pas de composition, pas de structure. D'où le nom "élémentaire" !
Au contraire d'un proton qui a une structure interne.

donc, on peut concevoir une notion de champ sans particule ?

En physique classique, oui. Le champ électromagnétique par exemple.
Une fois quantifié, le champ "s'efface" (dans la théorie) et ne reste que les particules.
Ce sont deux modélisations théoriques différentes (à ne pas mélanger) mais c'est utile de connaitre les deux et de savoir passer de l'une à l'autre.

Je pensais à tord semble-t-il que la notion de champ était lié à la notion de particule…

Oui, au niveau théorique. Quand on fait les liens entre physique classique et quantique
(mais attention au bémol soulevé par jacquolintegrateur : il n'y a pas toujours de contrepartie en physique classique)

Une chose qui te serait sans doute utile est d'étudier l'oscillateur harmonique et sa quantification. C'est quelque chose de particulièrement simple. Même au niveau technique (mais on doit pouvoir trouver ça aussi au niveau vulgarisation).
https://fr.wikipedia.org/wiki/Oscillateur_harmonique
https://fr.wikipedia.org/wiki/Oscill...ique_quantique

Le bon vieux ressort est au champ ce que la quantification des états du ressort est aux particules. Le parallèle est même très fort (on définit des opérateurs d'augmentation/diminution pour l'oscillateur qui sont exactement les opérateurs création/destruction de particules). Un champ peut se voir "comme si" c'était une collection de ressorts (en fait c'est la bonne vieille décomposition de Fourier, tout état du champ peut se décomposer en une somme d'ondes sinusoïdales).

Dans ce cas est-ce de la pure théorie sans application pratique ??

Je ne sais pas ce que tu veux dire par "application pratique", mais tout ça est un passage obligé pour un étudiant.... bien avant d'envisager des applications.

[yves95210]

Bonjour,

Une chose qui te serait sans doute utile est d'étudier l'oscillateur harmonique et sa quantification. C'est quelque chose de particulièrement simple. Même au niveau technique (mais on doit pouvoir trouver ça aussi au niveau vulgarisation).
https://fr.wikipedia.org/wiki/Oscillateur_harmonique
https://fr.wikipedia.org/wiki/Oscill...ique_quantique

Le bon vieux ressort est au champ ce que la quantification des états du ressort est aux particules. Le parallèle est même très fort (on définit des opérateurs d'augmentation/diminution pour l'oscillateur qui sont exactement les opérateurs création/destruction de particules). Un champ peut se voir "comme si" c'était une collection de ressorts (en fait c'est la bonne vieille décomposition de Fourier, tout état du champ peut se décomposer en une somme d'ondes sinusoïdales).

@giwot : si tu lis l'anglais, c'est par ces étapes (oscillateurs harmoniques classique puis quantique) que commence la série d'articles de vulgarisation que j'ai citée. Avec un peu de maths, mais pas trop compliquées.

[Deedee81]

Je confirme, c'est dans le lien "a rough description of the quantum [post-1900] version", c'est court et simple et ça m'a l'air plutôt bien décrit.
EDIT ah oui, gros bêta, j'oublie de dire que le lien précédent est la version classique, indispensable. Pas mal foutue aussi.

ReEDIT et après quelques recherches, on ne va pas faire la fine bouche. J'ai trouvé des tonnes et des tonnes d'articles, sites, livres.... de vulgarisation de la mécanique quantique. Mais pour la théorie quantique des champs, c'est aussi rare que le loup blanc. C'est dommage.

[yves95210]

Je confirme, c'est dans le lien "a rough description of the quantum [post-1900] version", c'est court et simple et ça m'a l'air plutôt bien décrit.
EDIT ah oui, gros bêta, j'oublie de dire que le lien précédent est la version classique, indispensable. Pas mal foutue aussi.

ReEDIT et après quelques recherches, on ne va pas faire la fine bouche. J'ai trouvé des tonnes et des tonnes d'articles, sites, livres.... de vulgarisation de la mécanique quantique. Mais pour la théorie quantique des champs, c'est aussi rare que le loup blanc. C'est dommage.

Et si tu veux t'y coller, c'est un gros chantier. Mais si la série d'articles de Matt Strassler te plaît, il suffirait peut-être d'en faire une traduction (avec son autorisation bien sûr), non ? Quitte à y ajouter ton grain de sel si tu le juges nécessaire.

Perso, j'avais essayé de me mettre à la TQC avec un "vrai" cours, mais j'ai vite calé. Pas parce que je ne comprenais pas les maths, mais parce que c'était trop de boulot par rapport à mon objectif, qui était juste d'en comprendre les concepts de manière pas trop vulgarisée (ce n'est pas à 60 balais que j'allais devenir physicien !). Mais finalement j'ai trouvé mon bonheur dans cette série d'articles.

[Deedee81]

Et si tu veux t'y coller, c'est un gros chantier. Mais si la série d'articles de Matt Strassler te plaît, il suffirait peut-être d'en faire une traduction (avec son autorisation bien sûr), non ? Quitte à y ajouter ton grain de sel si tu le juges nécessaire.

J'aime autant repartir "from scratch". Mais bon, j'y suis pas encore (je suis dans mes étoiles là )

[giwot]

Bonjour,
Merci pour ces réponses.

Envoyé par giwot
Je voulais parler des particules élémentaires. Le mot perturbation signifie-t-il qu’à l'endroit précis où se trouve la particule à l’instant « t », il existe une mesure de la perturbation dans ce champ (un peu comme l’on aurait une mesure de température dans le champ des températures).
Et si oui en quoi consisterait cette mesure ??
Je ne comprend pas cette question. Si tu as une particule (qui peut être vue comme la quantification des perturbations du champ) et que celle-ci frappe une plaque photo graphique et laisse une trace. Ca ne te suffit pas comme mesure ???

Cette trace est-elle considérée comme une grandeur mesurable ?
Je pensais que ce n’était qu’un reflet de l’existence de la particule, sans chiffre ou nombre mesurable pour pouvoir être le résultat numérique d’un calcul. Peut-être que mon erreur est de croire que la formule mathématique ne s’applique qu’au nombre mesurable ?
Lorsque l’on voit cette trace qu’a-t-on mesuré ?
Une question différente :
Lorsque l’on applique la dualité onde particule à une particule élémentaire comme le photon ou l’électron, l’onde que peut être cette particule où prend-elle sa source ?
Est-ce la particule qui est l’onde en se déplaçant ?
Alors qu’est la particule immobile ?
Est-ce l’atome qui émet une particule qui est la source de l’onde qu’est alors la particule ?
Si la particule immobile est l’onde, est-ce une simple image à l’instant « t » de cette onde ?
Merci encore.

[Deedee81]

Salut,

Cette trace est-elle considérée comme une grandeur mesurable ?

Ben oui, le simple fait de regarder la trace est une mesure !!!! C'est au sens large mais c'est tout à fait correct.

Lorsque l’on voit cette trace qu’a-t-on mesuré ?

Ben..... la trace (et donc la position approchée de la particule au cours du temps)

Une question différente :
Lorsque l’on applique la dualité onde particule à une particule élémentaire comme le photon ou l’électron, l’onde que peut être cette particule où prend-elle sa source ?
Est-ce la particule qui est l’onde en se déplaçant ?
Alors qu’est la particule immobile ?

Pour moi ce n'est pas une question de mouvement (après tout il y a des ondes stationnaires, des paquets d'ondes...). La particule est l'onde. Mais attention, il peut y avoir plusieurs interprétations. On nage en eau trouble là.