"nature" de la lumière

[jojo17]

Bonsoir,
Les photons se ressemblent-ils tous ?
Les équations de l'électromagnétisme permettent-elles une "nature"de la lumière "multivoque " plutôt qu'usuellement univoque ?

Merci, bonne soirée
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[Deedee81]

Salut,

Les photons se ressemblent-ils tous ?

Oui, comme deux gouttes d'eau. Y a rien qui ressemble plus à un photon qu'un autre photon (ou un électron à un autre électron).

C'est à tel point qu'on la concept profond de particules indiscernables beaucoup plus profond que identiques. Si les deux particules (deux photons) ont même spin et sont dans la même zone (recouvrement des fonctions d'onde) alors on ne peut pas dire qui est qui même en principe. On ne peut plus les considérer comme ayant chacune son identité propre. Et cela a des conséquences importantes : les statistiques quantiques (Bose-Einstein ou Fermi-Dirac selon le spin). Cela donne le principe d'exclusion de Pauli qui implique que les atomes sont différents avec des propriétés chimiques différentes, cela donne le caractère grégaire des photons et l'effet laser, etc.... Si ces particules étaient différentes même par l'un ou l'autre paramètre inconnu, ça ne marcherait pas.

C'est un des trucs les plus profonds et les plus beau de la physique (je trouve, avec les théories de jauge locale que je trouve fabuleuse aussi. Parfois je dis que lorsque l'on voit ces choses en détail on a l'impression de voir s'entrouvrir une porte sur les secrets de l'univers La première fois où j'ai vu les très simples théories de jauge abéliennes, les non abéliennes sont plus difficiles, j'en ait eut des étoiles dans les yeux !).

Voir : https://fr.wikipedia.org/wiki/Particules_indiscernables
(ou ma série youtube sur le spin si ça te tente).

Les équations de l'électromagnétisme permettent-elles une "nature"de la lumière "multivoque " plutôt qu'usuellement univoque ?

Le mot "nature de" n'a pas beaucoup de sens en physique, même avec des guillemets. Les choses en physique sont décrites par un ensemble de propriétés et c'est tout (les choses dans la vie courante aussi d'ailleurs : un ballon est décrit par sa forme, sa couleur, ce qu'on peut "mesurer" avec nos yeux, nos doigts.... Mais on a tendance à donner une nature au chose, une nature qui n'existe en réalité que dans notre tête)

Et je ne comprend pas ton "multivoque".

Le photon correspond à la quantification du champ électromagnétique, cétou. Et on parle de photons électriques et magnétiques, mais c'est les mêmes photons vu dans des circonstances différentes et avec un état quantique lié au développement multipolaire https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A...t_multipolaire (semblable à la décomposition du champ électromagnétique en composantes électriques et magnétiques) .... c'est assez compliqué .... mais soit, y a une seule sorte de photon. Un photon est décrit par son spin, son impulsion et sa direction et c'est tout (longueur d'onde, fréquence aussi mais c'est redondant) et un état peut être une superposition quantique de plusieurs valeurs (ils sont décrits par les vecteurs d'un https://fr.wikipedia.org/wiki/Espace_de_Fock qui est un espace de Hilbert avec une structure tensorielle).

Le photon est la face faussement simple de l'électromagnétisme. Les équations de Maxwell c'est beaucoup plus simple en réalité. Mas il reste qu'ils ne sont pas "multivoques" au sens où j'ai compris ce mot.

[f6bes]

Bjr ,Reste à savoir ce que l'on entends par ...." se ressemblent tous " !
Une question béte: le photon qui "donne" la couleur verte est il TOTALEMENT identique
au photon qui "donne" une autre couleur ( rouge, bleu...) ?
Bonne journée

[Deedee81]

Une question béte: le photon qui "donne" la couleur verte est il TOTALEMENT identique
au photon qui "donne" une autre couleur ( rouge, bleu...) ?

En effet, leur longueur d'onde est différente. Plus haut je parlais du spin et du recouvrement des fonctions d'onde mais ça concerne aussi le recouvrement en longueur d'onde. Sinon on sait discerner les particules.

[A voir en vidéo sur Futura]

[jojo17]

Bonjour,
Merci pour ces réponses.
En effet ma question était venu de la même interrogation qu'f6bes.
Ta réponse deedee81 est très claire, et tu avez bien saisi "multivoque"
J'aurais pu aussi employé "polymorphe".
Une autre question serait de savoir si en physique, des particules ont cette particularité ?
Est ce qu'il existe des champs dont "l'excitation élémentaire" varie, en fonction de la "situation"?

[Deedee81]

Est ce qu'il existe des champs dont "l'excitation élémentaire" varie, en fonction de la "situation"?

Non, un champ donné est décrit pas un espace d'état (un espace de Fock) avec des états excités bien définis. Un photon est un photon, un électron est un électron etc.... Ni plus ni moins.

Faudrait aussi que tu précises "situation". Parce que évidemment, la fonction d'onde d'un électron n'est pas la même dans l'hydrogène et dans l'hélium par exemple.

Peut-être une exception : les neutrinos : avec trois saveurs mais la particule change spontanément d'une valeur à l'autre (oscillation des neutrinos). Et il s'agit bien de particules différentes (par exemple une désintégration bêta émet un antineutrino électronique, pas muonique). A noter que si le phénomène est bien décrit (y compris quantitativement, au niveau des états quantiques) il n'en reste pas moins que les valeurs ("angles de mélange") ont une origine inconnue. Les neutrinos ont encore des choses à nous apprendre Les autres particules aussi ont des saveurs (électrons/muons/taus par exemple) mais bien séparés.

[jojo17]

Bonsoir,
Et merci.
J'ai vu que l'on chercher à mettre en évidence la violation de CP avec l'analyse de l'angle de mélange, mais j'ai vu aussi que l'oscillation des neutrinos était similaire à celle du kaon neutre.
De ce fait, serait il envisageable de rechercher une violation de T?

[Deedee81]

Salut,

J'ai vu que l'on chercher à mettre en évidence la violation de CP avec l'analyse de l'angle de mélange, mais j'ai vu aussi que l'oscillation des neutrinos était similaire à celle du kaon neutre.
De ce fait, serait il envisageable de rechercher une violation de T?

Il me semble qu'il y a une tatouille là (ce qui est amusant en parlant d'angle de mélange ).

Il y a deux sortes de mélange :
- les oscillations de saveurs de neutrinos, avec des angles de mélange entre saveur
- La matrice de mélange donnant la violation CP des quarks, la matrice de Cabibbo–Kobayashi–Maskawa (les neutrinos violent de manière maximale C et P mais respectent les deux ensembles CP).

A ma connaissance les deux ne sont pas liés (bien qu'intuitivement il me semble qu'il doit exister un lien, je m'étais déjà lancé dans les calculs pour le vérifier mais... les calculs sont cauchemardesques).
S'il existe un lien constaté expérimentalement, je suis preneur de la référence

Ensuite, la symétrie CPT est un théorème (qui découle directement des axiomes de la relativité et de la mécanique quantique). Et une violation CP implique automatiquement une violation T.
Il est plus simple de vérifier la violation CP mais j'ai déjà vu (sais plus où) une mesure directe de la violation T. Ceci dit elle me semble évidente car pour le méson K neutre, on a une évolution dans le temps qui privilégie les états K1 aux K2 (si ma mémoire est bonne. Ce sont deux états superposés du K0 et du K0bar). Et ça pour moi c'est une violation T. Le calcul détaillé est dans le cours de Feynman de mécanique quantique.
(mon raisonnement n'est peut-être pas correct car cette évolution privilégiée est liée aux désintégrations, ce n'est probablement pas aussi trivial )

EDIT je viens de voir que la violation T a été mesurée directement avec l'expérience Cp-Lear en 1998 et avec Babar en 2012
https://indico.ijclab.in2p3.fr/event...resSFP2013.pdf

[jojo17]

Bonjour,
Après quelques lectures, je ne comprends pas bien ta réponse deedee81.
Apparemment, l'oscillation des neutrinos est décrite par la matrice pmns ( analogue à la matrice CKM des quarks), et l'étude d'un de ses paramètres, thêta 13(angle de mélange) ( et l'analyse comparative des neutrinos et antineutrinos) permettrait de savoir si les neutrinos violent bien CP.
Tu peux m'en dire plus ?

[Deedee81]

Tu peux m'en dire plus ?

Non, faudrait que je me penche de plus près dessus. C'est dans mes cartons mais c'est vrai que je n'ai pas encore eut le temps d'approfondir ça.

Invitation aux autres participants : quelqu'un ici à des explications sur le lien entre la matrice de mélange des neutrinos et la violation CP ? Merci