Photons gamma originels

[Hades55]

Bonjour à tous,

La transformation de photons en particules massives est théorisée par la physique quantique et observée expérimentalement.

Un photon donnant naissance à deux particules massives, l'une de matière, l'autre d'antimatière, par exemple une paire quark-antiquark, ou une paire électron-positron.

Si l'on transpose ce processus observable dans le vide quantique à l'échelle de l'univers primordial, on pourrait donc postuler qu'un nombre x de photons gamma à un instant précis a pu se transformer en un nombre égal x de toutes les particules élémentaires constituant aujourd'hui la matière atomique du cosmos.

Je n'ai pas encore eu l'occasion de voir mentionner cette hypothèse. A -t-elle été explicitement proposée ? J'imagine que oui!!!

Mais par qui et où ?

That is my question.

Par avance merci pour vos réponses.
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[HarleyApril]

Bonsoir

C'est plus de la physique ...

Déplacé dans le forum correspondant

Pour la modération

[coussin]

Contrairement à ce que vous semblez croire, ce processus n'a encore jamais été observé expérimentalement. D'abord parce que on ne sait pas encore tout à fait avoir des champs laser assez intense et ensuite, gardez à l'esprit que ce processus est incroyablement peu probable...

Dans le contexte de la cosmologie, je n'ai jamais entendu parler de ce processus comme entrant dans les processus d'apparition des particules fondamentales. Mais ce n'est pas mon domaine...

[Hades55]

Merci pour ces précisions... Effectivement j'étais allé un peu vite en besogne en parlant de validation expérimentale...


Mais pour quoi le processus de transformation des photons en particules de matière et d'antimatière serait incroyablement peu probable, dans la mesure où la théorie en fait l'hypothèse ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

Parce que cela fait intervenir la section efficace photon-photon. C'est la probabilité que 2 photons interagissent entre eux et cette quantité est toute petite... Ça signifie que 2 photons passeront le plus clair de leur temps à s'ignorer.

[coussin]

Edit : je parle bien sûr ici de la section efficace photon-photon dans le vide. Dans n'importe quel matériau, c'est une toute histoire et ça donne lieu à tous les processus optiques non-linéaires.

[coussin]

En tant qu'application numérique, sachez que le libre parcours moyen d'un photon optique dans le CMB est de quelques 10^68 m
Heureusement pour nous sinon on aurait pas d'astronomie

[Hades55]

Dans l'hypothèse d'une création de la matière
à partir des "photons primordiaux" du vide cosmique, leur nombre extraordinairement élevé, incommensurable, rend non nulle la probabilité de la création de matière à partir de leurs "rencontres" par paires...

[obi76]

Si la probabilité est nulle, ce n'est pas parce qu'il y en a un grand nombre que ça changera quoique ce soit. Et admettons que cette probabilité soit non nulle, toute la question est de savoir si une probabilité extrêmement faible multiplié par un nombre extrêmement élevé donne quelque chose de significatif ou pas

[Hades55]

Un matheux puissance n donnerait une réponse approchée.

Le produit d'un nombre proche de l'infiniment petit par un nombre proche de l'infiniment grand...

[obi76]

Ben si vous les trouvez cette proba et ce nombre (même une estimation), on pourra vous le dire...

[coussin]

Ce processus ne peut pas participer à la baryogénèse puisque ça forme des paires... À la limite, ce processus peut former des mésons ?
Quelle est l'hypothèse admise en cosmologie quant à l'apparition des leptons ?

[Deedee81]

Salut,

La section photon-photon est infinitésimale ou peu s'en faut. Et la durée de l'univers primordial est si courte que la possibilité d'une baryogenèse par ce biais est ..... rikiki de chez kiki.
EDIT je retrouve pas la valeur, sinon elle est donnée dans le Quantum Field Theory de Itzykson et Zuber

Notons qu'on l'a quand même observé expérimentalement (y avait même eut une actualité Futura).
https://www.pourlascience.fr/sd/phys...-lhc-12681.php

Quelle est l'hypothèse admise en cosmologie quant à l'apparition des leptons ?

Tout est spéculatif dans ce domaine.

Notons que pour la création de matière/énergie primordial (photons inclus !) il y a une autre hypothèse plausible, c'est le rayonnement de Hawking (sous sa forme plus générale) : si l'expansion n'a pas été strictement adiabatique au départ, une grande partie de particules aurait pu naître à ce moment là spontanément du vide quantique (et vu l'asymétrie CP il n'est même pas exclu que cela explique l'asymétrie matière-antimatière mais là c'est à nouveau spéculatif car résoudre les calculs de type théorie quantique des champs en espace-temps courbe avec le lagrangien du modèle standard, c'est une vraie cinglerie, même pour le rayonnement de Hawking on prend en général un lagrangien plus simple comme un simple photonique ou bosonique ou à la limite un leptonique).

Mais rien de prouvé/validé dans ce domaine. Juste un paquet de quelques centaines d'idées, modèles, etc....

[Deedee81]

D'une manière générale, attention, n'oublions pas le point 6 de la charte.

Pas de théorie personnelle. Pas sur Futura. Simple choix éditorial (motivé pour éviter les monceaux de co...ies que peuvent entraîner le tout et n'importe quoi de certains forums). A la limite quelques interrogations sur des hypothèses, avec prudence. Sinon clic cadenas.

Pour les théories personnelles : on peut en discuter sur d'autres forums. Ou mieux : on approfondi, on publie dans une revue internationale à comité de lecture reconnue par la communauté scientifique, et on en reparle alors ici.

[Resartus]

Bonjour,
J'ai beaucoup de mal à comprendre les objections de coussin et obi.
De même que toute annihilation entre matière et antimatière qu'elle soit leptonique ou baryonique produit deux photons, rien n'interdit le processus inverse : très petit n'est pas zero.
Et à ma connaissance, la baryogenese à partir de rayonnement est à ce jour le seul processus envisagé dans le cadre du big bang, https://fr.wikipedia.org/wiki/Baryog%C3%A9n%C3%A8se
Le seul réglage possible dans le modèle sont les proportions respectives de production via les deux processus (direct ou indirect via des leptons), mais le premier n'a aucune raison d'être rigoureusement nul.

La difficulté (non résolue à ce jour) réside dans le fait qu'il y a un déséquilibre visible aujourd'hui entre matière et antimatière que le modèle standard à du mal à expliquer, mais cela ne change rien au fait que cette baryogenese primordiale est une composante essentielle du consensus actuel sur le big bang.

[Deedee81]

Deux précisions :

Pour la diffusion photon-photon :
https://arxiv.org/pdf/1111.6126.pdf
(les processus de créations de paires sont assez semblables)
La valeur numérique n'est pas donnée mais il y a la formule, à vos calculettes
Ici des valeurs en fonction de l'énergie : https://www.researchgate.net/figure/...fig1_348852220
(donnée en Barn : https://fr.wikipedia.org/wiki/Barn )
C'est vraiment trèèèèèèès faible.

L'autre précision : notons que la nucléogenèse (création des protons/neutrons) et la nucléosynthèse, ça c'est non spéculatif. C'est bien modélisé et conforme aux observations.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Nucl%C...se_primordiale
C'est typiquement depuis la soupe quarks-gluons en équilibre thermique et pendant les trois premières minutes de l'univers.

[Deedee81]

très petit n'est pas zero.

On est d'accord (on s'est croisé)
merci pour ton lien, très complémentaire de ceux que j'ai donné.

[coussin]

Très bien.
Alors, peut-on dire carrément que le Big Bang n'a produit que des photons et que toutes les autres particules (leptons, quarks et gluons ingrédients de la sousoupe ) proviennent de processus de créations de paires de ces photons. Simplement, les conditions de températures et pressions tellement extrêmes rendent ce processus probable...
Auquel cas, le message #1 a raison et, in fine, tout vient de photons.
Un cosmologue pour confirmer, infirmer ?

[obi76]

J'ai beaucoup de mal à comprendre les objections de coussin et obi.

mon objection venait juste du fait que :
- ce n'est pas parce qu'il y a un grand nombre d'évènement que la probabilité pour chaque évènement change (soit elle est nulle, soit elle ne l'est pas, mais qu'il y ait un grand nombre ou pas n'y change rien)
- dire que parce qu'il y a un grand nombre, alors ça a un effet non négligeable : ça dépend de la probabilité et du nombre. Ca ne se déduit pas au doigt mouillé.

[coussin]

Une autre question me vient : sait-on à peu près "quand" est-ce que le mécanisme de Higgs a lieu ? Parce que, du coup si les leptons originels sont encore sans masse, c'est tout de suite plus facile de les créer... Est-ce que le mécanisme de Higgs donne de la masse aux quarks ?

[Deedee81]

Salut,

Très bien.
Alors, peut-on dire carrément que le Big Bang n'a produit que des photons et que toutes les autres particules (leptons, quarks et gluons ingrédients de la sousoupe ) proviennent de processus de créations de paires de ces photons. Simplement, les conditions de températures et pressions tellement extrêmes rendent ce processus probable...
Auquel cas, le message #1 a raison et, in fine, tout vient de photons.
Un cosmologue pour confirmer, infirmer ?

Non, on peut juste dire que c'est très spéculatif. A vrai dire on n'en sait rien.

Une autre question me vient : sait-on à peu près "quand" est-ce que le mécanisme de Higgs a lieu ? Parce que, du coup si les leptons originels sont encore sans masse, c'est tout de suite plus facile de les créer... Est-ce que le mécanisme de Higgs donne de la masse aux quarks ?

Très tôt pourvu qu'il ait réellement eut lieu (rien ne dit que la brisure de symétrie n'est pas originelle). C'est spéculé aussi.

[coussin]

Bah toute la cosmologie n'est que de la spéculation de toute façon, non ?

[Deedee81]

Bah toute la cosmologie n'est que de la spéculation de toute façon, non ?

Ah non, pas d'accord. Le modèle standard de la cosmologie, incluant la modélisation de l'espace-temps (au moins pour la partie observable), la nucléosynthèse, l'expansion, le rayonnement fossile,... tout ça n'est pas du tout spéculé.

C'est d'une part les théories validées (RG, électromagnétisme, thermodynamique, physique nucléaire, etc....)
D'autre part confirmé/validé par l'observation.
(en fait le modèle est construit sur base de ces deux ensembles)

L'inflation fait partie du modèle et n'est qu'en partie validée (elle prédisait un spectre en puissance des fluctuations du rayonnement fossile, ce qui est confirmé).
Les machins noirs sont aussi observés (leurs effets) et le modèle ne fait pas d'hypothèse sur leur nature exacte. Il intègre juste ces effets observés;

Faut juste éviter d'aller au-délà de ce qu'on sait c'est tout (enfin si on ne veut pas spéculer). Et bien entendu il n'est pas exclut que certains éléments soient rectifiés, au niveau des détails (voir un peu plus). Mais ça n'en fait pas de la spéculation. Juste un modèle d'un truc très vaste et complexe (forcément : l'univers !)

[coussin]

Mouais...
Je suis pour ma part beaucoup plus critique mais bon. Ce n'est pas l'endroit pour discuter de ça.

[Deedee81]

Mouais...
Je suis pour ma part beaucoup plus critique mais bon. Ce n'est pas l'endroit pour discuter de ça.

Si c'est sur le modèle standard de la cosmologie, en effet, mieux vaut éviter.
Si c'est sur certaines spéculations, te gène pas
(y en a, portés par leur enthousiasme ou leur idées préférées, qui sont parfois un peu trop "affirmatif", surtout dans la vulgarisation)