Détection photon

[inviteb2d81f20]

Bonjour,

La notion de trajectoire est assimilable pour les objets matériels, dotés de masse, par l'influence qu'ils exercent sur nous (leurs émissions tout au long de leur trajet), soient-ils influencés ou pas par notre observation, il est possible de détecter un objet de ce type à des dates et des adresses successives, et d'observer une route.

En ce qui concerne le photon, ou autres éléments de masse nulle, peut-on parler de trajectoire, dans le contexte où le photon n'est déterminé dans ses états et son influence qu'à son point d'émission, et à son seul point de détection ? Comme ça, d'emblée, une trajectoire réduite à seulement deux points successifs en est-elle encore une ?
Et en ce cas, la notion de durée entre ces deux-là a t-elle encore un sens ?

Si le photon était émis puis détecté à une seule adresse commune figée dans l'espace-temps, et que c'était le récepteur (notre oeil ou n'importe quoi d'autre) qui allait à sa rencontre à c, du coup la notion de trajectoire et d'influence en cours de route aurait la légitimité de la translation du récepteur doté de masse, or ce n'est pas le cas, ce serait complètement débile et issu d'un cerveau malade, et en plus hors-charte. D'autant plus qu'au photon, ne peut être lié aucun référentiel.

C'est bien le photon qui va vers tout à c dans le vide, c'est lui qui se déplace, alors au milieu de son trajet, il est où, il est quand, par rapport à nous?

Merci.
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[Deedee81]

Salut,

Ca marche aussi pour le photon. La plupart des détecteurs de photons sont "destructifs" ils absorbent les photons. Mais un photon peut diffuser sur un électron sans être détruit et on peut détecter un photon gamma par effet Compton par exemple. Donc le photon aussi peut se déplacer aussi en "influençant" les corps voisins et la notion de trajectoire garde un sens.

En outre le photon a une énergie et pour les effets gravitationnels c'est ça qui compte (et pas la masse, enfin, si mais à travers mc². Et curieusement la pression/contrainte intervient aussi mais bon ça n'a d'importance que dans les trucs hyper massifs ou en cosmologie). Le photon exerce donc une influence gravitationnel (mais bien malin celui qui arriverait à mesurer ça (*), c'est extrêmement faible).

Mais trois bémols à ça :
- Le photon étant de masse nulle, son caractère ondulatoire est dominant. Ce caractère ondulatoire ne lui est pas propre (les microscopes électroniques utilisent les propriétés ondulatoires des électrons). Mais il est particulièrement flagrant avec le photon. Et l'usage des trajectoires n'a de sens que pour les courtes longueur d'onde dans l'approximation géométrique. Dès qu'on a des interférences et des diffractions, on n'échappe pas à ce chers Christian Huygens et sa formulation ondulatoire de la lumière
- Toujours à cause de sa masse nulle on ne peut effectivement lui rattacher de référentiel. Mais bon, ça, ça n'a aucune importance pour le concept de trajectoire. Suffit de choisir un autre référentiel (mais ça peut poser des problèmes techniques assez compliqués, comme l'absence de base position pour l'espace de Fock des photons ou l'existence de plusieurs représentations non unitairement équivalentes). D'ailleurs quand on veut calculer la trajectoire d'une voiture, on utilise un référentiel attaché à la route. Attacher le référentiel à la voiture serait idiot (pour cet usage).
- La description au sens de photon nécessite la mécanique quantique. Mais c'est vrai aussi de l'électron, etc.... Toutefois la formulation classique c'est l'électromagnétisme et la formulation quantique est incontournable pour parler du photon lui-même. Pire il faut la théorie quantique des champs car un photon se crée très facilement et une théorie à nombre fixé de photons n'a guère d'utilité. Et on sait bien qu'en mécanique quantique la notion de trajectoire est délicate, comme le fait qu'un électron autour d'un atome n'a pas de trajectoire précise (et parfois il n'est même pas en rotation orbitale, comme pour l'état fondamental S). Mais on peut quand même avoir une notion de trajectoire pour des particules libres, grosso modo dans le même sens que l'optique géométrique d'ailleurs. Mais pour le gluon, impossible : c'est aussi une particule sans masse, mais confinée (car il porte une charge de couleur et le comportement asymptotique de l'interaction forte empêche les charges de couleur libres). Le gluon est donc toujours lié DANS un hadron et comme pour notre électron ci-dessus, parler de trajectoire n'a pas de sens. Le photon n'a pas cette difficulté.

La notion de durée garde sens aussi bien en mécanique ondulatoire qu'en physique quantique ou en théorie quantique des champs. Il faut plonger dans les bourbiers de la gravité quantique pour rencontrer des difficultés.

(*) M'étonnerait pas qu'on y arrive bien tôt car des tests de gravité quantique sont en cours pour vérifier si la gravité doit être quantifiée. L'idée est d'utiliser l'influence gravitationnelle de particules en chute libre pour voir si une superposition quantique peut se propager de l'une à l'autre. Et entre l'effet gravitationnel d'une particule massive et d'un photon fort énergétique, y a pas de différence (mais les photons étant très rapides ça complique un peu les choses).

Voilà j'espère que ça répond à tes interrogations. N'hésite pas pour des questions complémentaires ou pour avoir des références (wikipédia si ça existe sinon y a moyen de moyenner comme on dit) sur tel ou tel point. Références vulgarisées ou techniques.

[XK150]

Re ,

Soyons pratique : le parcours des gamma est parfaitement visible dans l'eau ou les compteurs , par effet Cerenkov .

[Deedee81]

Soyons pratique : le parcours des gamma est parfaitement visible dans l'eau ou les compteurs , par effet Cerenkov .

Là je ne te suis pas. L'effet Cerenkov est dû à des particules chargées. Le photon ne l'est pas.
Je suppose que tu parles d'électrons diffusés par ces photons gammas, électrons qui émettent alors un rayonnement Cerenkov ? C'est ça ?
(c'est aussi une méthode utilisée avec les neutrinos )

[A voir en vidéo sur Futura]

[XK150]

Oui , exactement , donc indirectement par l'intermédiaire des béta , on visualise la trajectoire du photon gamma .

[pm42]

Là je ne te suis pas. L'effet Cerenkov est dû à des particules chargées. Le photon ne l'est pas.
Je suppose que tu parles d'électrons diffusés par ces photons gammas, électrons qui émettent alors un rayonnement Cerenkov ? C'est ça ?
(c'est aussi une méthode utilisée avec les neutrinos )

Oui mais on peut aussi parler de regarder un laser dans l'atmosphère. Ou de constater qu'on parle de la sphère de photons autour d'un trou noir ou très souvent de la déviation du photon par la gravité malgré son absence de masse...
Donc effectivement, un photon ne pas vraiment avoir de trajectoire ou de localisation mais parfois, on fait un peu comme si notamment quand on considère un rayon lumineux.

Je ne sais pas si le primo-posteur pose se question au niveau de précision de ta réponse en fait. Notamment à cause de :

Si le photon était émis puis détecté à une seule adresse commune figée dans l'espace-temps, et que c'était le récepteur (notre oeil ou n'importe quoi d'autre) qui allait à sa rencontre à c, du coup la notion de trajectoire et d'influence en cours de route aurait la légitimité de la translation du récepteur doté de masse, or ce n'est pas le cas, ce serait complètement débile et issu d'un cerveau malade, et en plus hors-charte.

qui mériterait d'être éclairci mais aussi un peu du reste.

[Deedee81]

Oui , exactement , donc indirectement par l'intermédiaire des béta , on visualise la trajectoire du photon gamma .

D'accord merci. C'est plus clair comme exemple que mon idée d'effet Compton

pm42, exact aussi avec le laser mais aussi avec un simple "rai lumineux" (on le voit bien avec le soupirail dans une cave par exemple). Même si on est un peu loin du photon (notons que l'oeil peut parfaitement détecter un seul photon, mais je ne sais plus où j'avais lu ça, mais évidemment on est loin des performances d'un CCD ).

Je ne sais pas si le primo-posteur pose se question au niveau de précision de ta réponse en fait.

Je préfère toujours en donner plus que nécessaire Ainsi il prend ce dont il a besoin et si il y a des choses pas claires et qui l'intéressent il peut toujours demander des précisions.

Pour la partie demandant éclaircissement, j'ai fait l'analogie de la voiture sur la route. On verra si ça suffit

[inviteb2d81f20]

Bonjour,

Merci pour ces éléments, qui me montrent que pour y comprendre au moins les bases, il vaut mieux déjà bien posséder les phénomènes ondulatoires, et oublier dans un premier temps la notion de particule. Et en effet, wikipédia est ici généreux. Vous moquez pas, j'envie les vieux qui se plaignent que leurs études sont anciennes, ils en ont donc bénéficié au moins un peu .

C'est le fait que l'émission se fait sous forme d'onde qui me déroute, alors que la réception peut avoir lieu en un endroit unique, ponctuel. J'ai suivi votre conseil à aller voir du côté des interférences, comme les fentes de Young, où on voit qu'avec deux fentes, la réception peut avoir lieu à plus qu'un endroit (il y a plusieurs raies).
C'est troublant, car ces raies restent proches dans l'espace. A partir de l'émission d'un photon à partir d'une étoile lointaine, si celui-ci est détecté ici, alors l'onde liée n'est plus détectable sur une autre planète.

Comme si le transfert d'énergie se faisait tout autour de la source, mais sans diffuser pour autant. Une vague sur le plan de l'eau, ou un son dans l'air sur les trois dimensions spatiales, diminue d'intensité au cours du temps, au bénéfice de son étendue. Un caillou jeté dans une mare amènera une vague sur les bords, plus haute mais moins étendue que la même créée à distance des côtes.
Et le fait que la vague touche un bord ne l'empêche pas de continuer sa course vers les autres, elle n'est pas anéantie par ce fait.

C'est sûrement cette mise en parallèle très naïve, enfantine sûrement, (pas de blême, pour vexer un vieux, faut y aller plus fort que ça), qui est faussée, complètement inadaptée dans le cas de l'onde électromagnétique, mais la quête de trouver une représentation dans l'environnement quotidien est forte, enfin, je ne parle que pour moi.
A partir de là, se représenter une détection partielle comme l'atteinte d'un bord de la mare ne fonctionne pas, car contrairement à l'eau en vague circulaire, sur son plan à deux dimensions, l'onde de lumière ne continue pas sa course en forme de sphère, sur les trois dimensions, après détection locale. Pfuittt, y a pu...

Mieux vaut donc également ne pas essayer de "visualiser" l'onde de lumière, mais alors, c'est ardu pour un esprit habitué à palper, à voir. Faut sûrement arriver à ordonner la progression, et pas trop se formaliser des trucs trop costaux.

Merci déjà pour ces orientations et votre patience devant ces longueurs, je retiens l'invitation à venir ici en cas d'autres blocages à venir.

[coussin]

Le fait que la détection d'un photon unique apparaisse ponctuel n'est qu'une conséquence du processus de détection et de la nature du détecteur.

La plupart du temps, la détection d'un photon se traduit par l'absorption de celui-ci par un atome (plaque photographique ou photo-détecteur). Quand un photon est incident sur une plaque photographique, c'est un front d'onde étendu qui arrive. Mais du fait de la nature quantique du photon, celui-ci ne peut pas être "un peu absorbé par les milliards de milliards d'atomes formant la plaque photo". Il doit forcément être absorbé entièrement par un atome unique de la plaque photo (le photon ne peut pas "répartir son énergie" entre plusieurs atomes). Quel atome absorbe le photon ? C'est complètement aléatoire (c'est le lien cité de la formation petit à petit de la figure d'interférence des fentes d'Young).

C'est le fait que le photon (étendu spatialement dans un front d'onde) doivent être absorbé par un atome unique du détecteur qui mène à une détection dite ponctuelle. Ça ne signifie pas que le photon est quelque chose de ponctuel avant sa détection. C'est une erreur courante...

[coussin]

Apparemment, je le suis emmêlé les pinceaux et la formation petit à petit de la figure d'interférences des fentes d'Young est dans un autre fil ?
Bon, ça ne change pas mon propos

Oui, c'est dans ce fil : https://forums.futura-sciences.com/p...t-photons.html

[inviteb2d81f20]

Quand un photon est incident sur une plaque photographique, c'est un front d'onde étendu qui arrive

C'est le fait que le photon (étendu spatialement dans un front d'onde) doivent être absorbé par un atome unique du détecteur qui mène à une détection dite ponctuelle

Tu as tout-à-fait compris ma question, et merci pour cette orientation. Il est logique, par ta réponse, que je trouve compréhension seulement après étude des atomes, et la notion de trajectoire et de localisation apparaîtra alors peut-être ensuite. C'est ce conseil concernant l'ordre d'apprentissage de la part de qui a déjà un chemin bien plus conséquent qui est sérieusement utile . Sinon, on tape dans tous les sens, et ça fait trop d'un coup, une mélasse.

Apparemment, je le suis emmêlé les pinceaux et la formation petit à petit de la figure d'interférences des fentes d'Young est dans un autre fil ?
Bon, ça ne change pas mon propos

Oui, c'est dans ce fil : https://forums.futura-sciences.com/p...t-photons.html

En effet, le propos reste inchangé, et c'est un complément utile ici. Si la modération y voit le même bénéfice, et malgré la consigne à ne pas doubler les posts, l'exception ne portera préjudice à personne, au contraire, à rendre au premier posteur de l'autre fil la réponse qui lui appartient, et à la transférer. Je ne vais pas crier : "c'est mon mien...", ou l'emmener aux objets trouvés dans l'espoir d'en avoir le contenu dans un an (j'ai regardé dedans, il y a des valeurs, mais je n'ai rien volé) .

[Deedee81]

Salut,

la consigne à ne pas doubler les posts

Pas de lézard ici. Ce n'est pas un doublon. Juste un sujet proche d'un autre intervenant
(si on devait supprimer les discussions sur les sujets déjà discutés c'est la moitié des messages de Futura qui disparaitraient)

Concernant les explications de coussin et tes réactions, je ne peux qu'appuyer. Le sujet est loin d'être facile. A la base on a l'électromagnétisme classique : avec ses ondes électromagnétiques transverses et vectorielles, ses équations différentielles.... Et le passage au photon, donc à la théorie quantique des champs, est loin d'être aussi simple qu'une approche trop vulgarisée pourrait le faire croire. Même sans plonger dans les enfers (le huitième cercle des enfers, oublié par Dante qui n'aimait pas les maths) de l'électrodynamique quantique, de la théorie des perturbations, des régularisations et autres renormalisations. Même en se contentant du photon "libre". Le problème étant que le photon n'est pas un petit corpuscule. C'est l'état quantifié du champ électromagnétique classique avec les grosses louches de complications quantiques : états superposés et touti quanti. Moralité si on veut comprendre même un peu le photon on est bien obligé de comprendre l'électromagnétisme classique et pas seulement de manière vulgarisée. Ou au pire de la vulgarisation de "haut niveau" (pour lecteur averti) tant de l'électromagnétisme, que de la physique quantique et de là de la théorie quantique des champs.

Ca peut être assez rebutant. On veut lire une histoire d'une page et on se rend compte, zut alors, que ça fait dix tomes Plus d'une fois j'ai vu des participants poser des questions (légitimes) en physique des particules, ne pas se contenter d'une description vulgarisée simple et se rendre compte brusquement d'être face à un mur de complexité (dû au niveau vulgarisé surtout à une absence de background sur tout le préliminaire nécessaire).

Heureusement, la physique c'est passionnant, et les mathématiques pas si difficiles à comprendre en fait (du moment qu'on comprend les notations, ça va, souvent on n'a pas besoin de se taper les calculs... sauf si on veut un diplôme ). Et il faut donc juste mettre les choses à plat, trouver de bonnes références et vogue la galère mais sans galérer

J'ai moi-même progressivement appris à vulgariser certaines choses du mieux possible. Le spin par exemple est une horreur à faire comprendre et c'est sur Futura que j'ai appris : pas trop de math coco sinon le profane n'y comprend plus rien. Et de facto il est tout à fait possible de l'expliquer par une approche en grande partie "expérimentale". Mais si on veut mieux comprendre, y a pas photo, faut des maths (pas toujours faciles ici par contre : groupes et représentations etc.). Parfois on n'échappe pas à l'usage de la langue appropriée (sinon c'est comme les Haiku, les traduire est une trahison). Certains sujets sont intrinsèquement difficile (je pense au théorème spin - statistique par exemple, pour lequel il est possible de donner quelques clefs vulgarisées mais à condition d'avoir déjà avalé tout ce que je viens de dire ici EM, MQ, TQC, spin...)