Dans les expériences, les photons suivent des rayons rectilignes parce qu'ils ont été façonné de cette manière avec des miroirs et des lentilles. La propagation dans ce cas n'a rien à voir avec une sphère ou un tore qui enfle au cours du temps.
Ça au moins ça me parle.Envoyé par Deedee81
Sauf que c'est pas lié à la question de l'évolution du paquet d'onde dans l'espace, non ? Puisque si on interagit le paquet d'onde disparait. Enfin c'est ce que j'ai entendu dire par ci par là.
Donc ça répond pas à la question.
Merci, là j'ai l'impression qu'on tient quelque-chose.
Je suis allé voir ce qu'est une onde plane sur wikipedia.
On y voit représenté des plan, appelé "front d'onde" et on suppose ces plan comme étant infini.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_planeL'onde plane est un concept issu de la physique de la propagation des ondes. C'est une onde dont les fronts d'onde sont des plans infinis, tous perpendiculaires à une même direction de propagation désignée par le vecteur n →.
Ce que j'en comprend c'est que le photon, pour une onde plane, se situerait donc sur ce plan et que ce plan avance dans une direction.
Le plan étant infini le photon pourrait potentiellement se trouver n'importe où sur ce plan, sauf que...
Et c'est là point que j'aurais aimé confirmé : "Le photon" (ou plus pragmatiquement, les variations EM qui sont issues du photon) se situe plus particulièrement dans la zone circulaire autour de la trajectoire linéaire.
Pour tenter de rendre les choses hyper clair :
1. Donc on a une ligne.
2. On a un plan.
3. Le plan est perpendiculaire à la ligne.
4. Sur ce plan on a une zone circulaire centrée sur la ligne.
5. La zone circulaire qui délimite la présence du photon est finie (contrairement au plan infini qui représenterait "le potentiel du photon").
6. Cette zone circulaire (ou de forme analogue ?) a donc un bord.
7. Cette zone circulaire ne s'étend pas dans le plan (Ou pas ? Ça dépend des ondes ?) : Je parle bien d'une onde issue d'un seul photon, pas de la lumière.
8. Ce plan avance à la vitesse de la lumière dans une seule direction (ou ça existe des ondes photoniques planes qui vont dans les deux sens peut-être ?).
9. Ce qui caractérise la présence du photon c'est qu'il existe sur cette zone du plan un champ Magnétique ainsi qu'un champ Électrique.
10. La zone circulaire est plus ou moins étendue en fonction de certaines conditions de création de l'onde.
J'imagine par exemple que pour les expériences de gomme à choix retardé on choisit des conditions qui feront que la zone circulaire est très petite de manière à être sûr que le photon ne va pas interagir avec plusieurs appareils à la fois, mais uniquement celui qui se trouve dans la direction de ce qu'on se plait à appeler "trajectoire du photon".
Ouf !
Je crois que la brume est en train de se dissiper.
Volontiers, Merci.
Si ça peut me permettre de mieux comprendre les choses d'un point de vue plus physicien (là je n'ai fait que tenter de comprendre les grandes lignes).
Dernière modification par ArchoZaure ; 26/11/2022 à 10h36.
D'accord oui.
Je crois que je commence à saisir le principe.
Les photons qui sont employées dans ces expériences sont donc des ondes planes ?
Ce qui je pense m'a initialement perturbé c'est que je me souviens que dans les premières expériences des fentes de Young comme source de photons il était question de simples lampes à incandescence devant lesquelles on place un obstacle diminuant le nombre de photons jusqu'à n'obtenir statistiquement qu'un seul pour une certaine période de temps, voir même l'emploi d'une bougie pourquoi pas et donc ici, et détrompez-moi si je dis une bêtise il ne s'agit pas d'ondes planes mais d'ondes circulaires ?
Même principe finalement sauf que le plan entoure la source lumineuse, se déplace dans toutes les directions et que le photon n'est pas localisé autour d'une ligne définissant une trajectoire rectiligne.
Ou alors c'est pas ça du tout.
Dernière modification par ArchoZaure ; 26/11/2022 à 10h48.
Non, ce sont des faisceaux gaussiens. https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Faisceau_gaussien
D'accord...
je suis aller fouiller un peu de ce côté et je suis tombé sur un cours qui explique effectivement que pour produire un laser, il est certes possible de le faire à l'aide d'une onde plane mais que comme ce type d'onde est illimitée dans la direction perpendiculaire à la direction de propagation c'est plus ou moins incompatible avec un laser qui présente un diamètre de quelques centimètres. Pourquoi ? je ne sais pas.
En gros on utilise alors une cavité avec d'un côté un miroir plat et de l'autre un miroir qui a la même courbure que le front d'onde.
Mais on est d'accord qu'ici on ne travaille pas avec un seul photon ?
C'est de la lumière (d'où le terme "faisceau" ?)
Ensuite j'imagine que pour avoir un photon unique on doit traiter cette lumière.
La question qui vient donc ... quelle est la "forme" c'est à dire le volume occupé par le photon unique extrait de ce laser au cours du temps ?
http://mapageweb.umontreal.ca/leonel...cument2_T2.pdf
Par définition d'un laser, on ne peut pas avoir un seul photon. Je crois qu'il fût un temps où l'on mettait un simple filtre atténuateur à la sortie du laser pour s'approcher d'une source de photon unique mais ça fait une source pas terrible.
Je ne suis pas au courant des dernières sources de photon unique, comment elles fonctionnent...
C'est pas grave, je reviendrais peut-être sur cette question plus tard si nécessaire.
Il y a un point par contre auquel je pense vous pourriez répondre si vous le voulez bien.
Ça concerne l'histoire du "front d'onde".
J'ai vu par exemple dans un autre fil, celui sur la vitesse de la lumière, que vous expliquiez que le photon ne va pas toujours à la vitesse de la lumière: https://forums.futura-sciences.com/p...e-lumiere.html
Ça dépend de son front d'onde (je simplifie surement mais c'est un peu ce que j'ai compris).
Par exemple, si le front d'onde est parfaitement plat, comme c'est le cas lorsqu'on a une onde plane théorique, alors la lumière va à C.
Dans le cas réel, l'onde plane n'est pas parfaitement plane.
Et si le front d'onde est très courbé, au point même d'englober l'atome comme c'est le cas avec un changement de niveau de la couche électronique alors le photon va encore moins vite.
Jusque là OK, j'arrive à imaginer.
Revenons donc à l'onde plane.
Ce que j'aimerais savoir (et je n'ai pas encore eu de réponse claire pour le moment) c'est comment pour une onde plane le plan de son front d'onde peut "s'étendre à l'infini" (photon mathématique ?), voir un peu moins certes pour un photon réel (?), dés l'instant où il est créé.
1. Naïvement j'aurais pensé que le photon est localisé sur le plan du front d'onde au tout début de sa création, puis qu'il s'étend à la vitesse de la lumière sur ce même plan pendant que ce plan avance, lui, à une vitesse proche de la lumière lui aussi.
Si on visualise l'occupation du photon au cours du temps sur le plan on aurait donc un cercle (ou une autre forme j'en sais rien) qui s'agrandit à la vitesse de la lumière.
Ça pourrait en partie expliquer la préoccupation d'Alain Aspect qui suppose que des photons ayant une onde plane ne sont pas adaptés à l'obtention d'un laser, puisqu'ils finiraient inexorablement par atteindre l'enveloppe constituée du tube du laser.
2. Ou alors, et c'est le point pas clair pour moi (j'ai déjà posé la question).
Dés sa création, le photon EST étendu à l'infini (ou un peu moins mais quand même instantanément) sur le plan de son front d'onde et j'avais l'impression que c'est ce que suppose la mathématique (sans rien y connaitre il est vrai).
Dans ce cas de figure, le photon ne s'étend pas depuis l'intersection entre le plan de son front d'onde et la ligne de sa trajectoire, et au cours du temps la limite de répartition de ses champs magnétiques et électriques occupent toujours la même surface sur le plan.
Ma question est donc : Quel est le modèle physique actuellement admis ?
1 ou 2 ?
Dernière modification par ArchoZaure ; 26/11/2022 à 17h41.
le problème est que une distribution de probabilité suppose qu'elle est prise "à un moment donné", mais que quel que soit le référentiel le photon est toujours sur un cone de lumière, donc tu ne peux lui associer une probabilité de présence en fonction de l'espace.Mais bon c'est un peu technique encore une fois.
Je ne sais plus si j'ai rien compris ou trop imaginé à l’évocation de votre explication.le problème est que une distribution de probabilité suppose qu'elle est prise "à un moment donné", mais que quel que soit le référentiel le photon est toujours sur un cone de lumière, donc tu ne peux lui associer une probabilité de présence en fonction de l'espace.Mais bon c'est un peu technique encore une fois.
Il y aurait moyen de développer un peu plus ?
J'ai jamais vu les techniciens de la MQ utiliser autre chose que le temps newtonien.
Donc la question du cône de lumière qui est elle associée à la relativité restreinte me laisse perplexe.
le photon est une particule essentiellement relativiste, tu ne peux pas la décrire avec le formalisme de la Méca Q "classique" non relativiste, il faut passer par la seconde quantification et le formalisme est plus compliqué, ce n'est pas juste une "fonction d'onde" qui donne une probabilité de présence. Difficile de développer sans faire tout un cours dessus.
Donc les équations de Maxwell sont fausses ?le photon est une particule essentiellement relativiste, tu ne peux pas la décrire avec le formalisme de la Méca Q "classique" non relativiste, il faut passer par la seconde quantification et le formalisme est plus compliqué, ce n'est pas juste une "fonction d'onde" qui donne une probabilité de présence. Difficile de développer sans faire tout un cours dessus.
Moi je pensais juste demander des choses très basiques : Où se trouve le photon au cours du temps.
De l'espace, du temps, des trucs dedans.
Même si je peux comprendre qu'on peut voir les choses au niveau relativiste, si on ne peut pas en revenir aux choses classiques de notre existence et à nos appareils de mesure, à quoi ça sert ?
Dernière modification par ArchoZaure ; 26/11/2022 à 22h32.
Les équations de Maxwell sont les équations du champ électromagnétique, le photon n'apparait nulle part, donc elles ne peuvent donner aucun renseignement dessus.
Après, bien sûr, il faut que les théories se raccordent.
Dernière modification par gts2 ; 27/11/2022 à 09h01.
bah oui, il n'y a pas "h" dans les équations de Maxwell, donc elles ne peuvent pas décrire un photon. Il n'y a aucune quantification de l'énergie dedans. C'est comme la mécanique classique, elles sont justes dans des champs avec un grand nombre de photons et à l'approximation du champ moyen. Mais elles servent de base l'électrodynamique quantique de la même façon que l'équation classique E = p^2/2m + V sert de base à l'équation de Schrödinger par l'opération de "quantification" (remplacer les valeurs classique par des opérateurs).
Les equations de Maxwell décrivent des champs quel que soient leurs amplitudes. Or, un photon n'est-t-il pas simplement un champ dont l'amplitude est?
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Quan...on_of_EM_field
Voilà où apparaît le "h" dans les équations de Maxwell, dans l'amplitude du champ.
C'est raccord avec les sources de photons uniques consistant en un laser atténué : un photon n'est qu'un champ d'amplitude minimale. En ce sens, les équations de Maxwell s'appliquent puisque l'amplitude des champs n'y entrent pas en compte.
non dans un état à un photon, l'amplitude du champ n'est pas déterminée de manière unique, pas plus que la position d'une particule dans un oscillateur harmonique (même si la valeur quadratique moyenne est celle d'un oscillateur classique de même énergie).Les equations de Maxwell décrivent des champs quel que soient leurs amplitudes. Or, un photon n'est-t-il pas simplement un champ dont l'amplitude est
La valeur moyenne du champ électrique est nulle dans un état nombre. Mais pas celle de l'intensité. Je ne pense pas que cela empêche d'utiliser les équations de Maxwell pour décrire la propagation d'un photon unique (au moins l'équation de Helmholtz...). On passera juste à côté d'effets "fins" comme l'effet Hong-Ou-Mandel sur les statistiques mais qui n'ont aucun lieu d'être mentionnés ici.
D'abord merci pour toutes ces réponse.
Ensuite, je crois qu'on s'est peut-être pas bien compris.
J'ai l’impression qu'on va trop loin dans la volonté de comprendre le positionnement d'un photon.
Là où se trouve le photon en lui-même (pour autant que ça puisse avoir un sens selon telle ou telle théorie), c'est pas du tout ça qui me préoccupe.
Je part du fait qu'il existe un photon.
Ce photon se caractérise par deux champs : Un Magnétique et un Électrique.
Les champs magnétiques et électriques "sont le photon" (sans le photon ces champs ne seraient pas présents, du moins c'est que je suppose).
Et ces deux champs sont présents dans un volume spatial tout ce qu'il y a de plus newtonien.
OK mais on est bien d'accord qu'il y a bien 1 champ électromagnétique (du coup j'en plus qu'un mais ça me va aussi) qui lui ne serait pas là s'il n'y avait pas à la base un photon à l'origine de ce champ ?
Qu'on puisse considérer que ce photon sous sa forme particule (d'où la notion de h si je comprend) soit ici ou là n'a pas réellement d’intérêt pour ce qui est de la question de l'occupation de l'onde j'ai l'impression.
Dernière modification par ArchoZaure ; 27/11/2022 à 11h56.
Voici un très bon article qui vient d'apparaître sur arXiv et qui formalise ce que j'essayais de dire dans ce fil : https://arxiv.org/abs/2212.03203
Les états purement quantiques à N photons (et en particulier les photons uniques ayant N=1) peuvent être décrits en se basant sur une évolution classique via les équations de Maxwell. Bien sûr, cela ne signifie pas que ces photons uniques sont des états classiques. En fait, l'article insiste sur le fait que ces photons uniques ne sont ni des particules ni des ondes et possèdent des caractéristiques bien à eux
Mais en ce qui concerne ce sujet, que ce soit des photons uniques ou non, leur évolution temporelle et spatiale peut être décrite par les "bêtes" équations de Maxwell. C'est seulement quand on commence à s'intéresser à des effets spécifiques (comme l'effet Hong-Ou-Mandel, qui est décrit dans ce papier) qu'il faut rentrer plus en détail dans la description de ces états.
D'accord merci.
J'ai lu mais ça reste très confus dans mon esprit.
Donc maintenant pour tenter de répondre simplement :
Soit une onde plane (tous les autres types on oublie) constituée d'un seul photon.
0.00000001 seconde après la création du photon (qui se déplace à 300000km/s) :
1. L'onde (donc le plan) s'est déplacée de 3 m (on arrondi) et l'onde est toujours plane.
2. Le photon est uniquement présent sur ce plan.
3. Sa présence est décrite sur ce plan par les équations de Maxwell.
Maintenant la question à laquelle j'aimerai avoir une réponse claire :
Ou se trouve "le photon" sur ce plan et en disant ça je parle bien des équations de maxwell (qui datent de 1884), c'est à dire du fait qu'il y a une valeur du champ électromagnétique sur ce plan.
Au choix :
4a. Il se trouve jusqu'à l'infini, sur ce plan, sauf que la valeur du champs électromagnétique tend asymptotiquement vers 0.
4b. Il se trouve sur une zone de 3m de rayon, sur ce plan, autour de sa trajectoire rectiligne.
4c. Il se trouve sur une zone de 1.5m de rayon, sur ce plan, autour de sa trajectoire rectiligne.
4.d Autre.
Voilà c'est un bon début je crois.
Merci.
Je pense qu'il est illusoire de raisonner avec une onde plane. Il est bien précisé dans le papier que j'ai cité qu'une onde plane ne peut pas représenter un état à 1 photon car c'est un état non physique qui est infiniment étendu et transporte une énergie infinie.
Salut,
On peut raisonner sur une "presque plane" (plane sauf au bord disons d'un disque de taille arbitraire).
Dans ce cas la réponse est 4.d : le photon est dans tout le plan concerné (il est totalement délocalisé, sa positon est indéterminée <= au sens de "relations d'indétermination" et meilleurs que "incertain").
Son amplitude/probabilité de présence est uniforme.
Du moins -- jusqu'à ce que quelque chose l'intercepte (diffusion, absorption, détecteur....).
Et s'il est diffusé (même légèrement, par exemple un photons gamma ionisant un atome est assez peu dévié) alors le prochain atome/détecteur sera aligné sur la droite perpendiculaire au plan et passant par cet atome.
Tout ce ci est vrai en remplaçant photon par électron ou par atome ou même par chaise (sauf que là, l'interaction avec quelque chose est immédiate et il y a même une décohérence quasi instantanée, sans compter que la fréquence de de Broglie est si énorme que la chaise peut être parfaitement localisée, créé une onde plane de molécule on y arrive mais pour une chaise ce serait un peu difficile)
Dernière modification par Deedee81 ; 07/12/2022 à 13h45.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
https://arxiv.org/pdf/2212.03203.pdf
Donc une onde plane pour 1 photon (et pour n également puisque n<infini) est physiquement impossible en dehors d'une cavité.
D'accord... donc c'est quoi la forme de l'occupation d'1 photon lors de sa propagation ?
C'est pas une onde plane, donc c'est une onde "presque plane" ? (c'est pas très physique comme concept, faudrait un terme de courbure à minima non ?).
Donc "presque plane", le "plan concerné est une portion circulaire du "presque plan" et elle a donc une limite (c'est pas 4.d la réponse du coup mais 4b ou 4c).
Ce qui veut dire si je raisonne sur cette base que plus le photon avance et plus le disque qui représente l'action de son champ électromagnétique dans l'espace 3D, s'étend latéralement et qu'on devrait avoir une courbure au niveau de ce disque qui augmente de plus en plus au fur et à mesure de sa progression (pour éviter le problème d'énergie expliqué plus haut).
Ce qui veut dire, je continue le raisonnement, que la partie extrémale du disque va moins vite que la partie située sur la trajectoire rectiligne.
C'est bon ?
Dernière modification par ArchoZaure ; 07/12/2022 à 16h43.
On tourne un peu en rond là...
Vous devriez rechercher sur internet des visualisations de la propagation des ondes électromagnétiques, ça doit se trouver non ?
Parce que décrire ça en texte sur un forum, bah ça a ses limites (moi en tout cas, je ne sais pas quoi ajouter).
J'ai cherché plein de fois et aussi étonnant que ça en a l'air, j'ai pas encore trouvé.
D'où ma question, sinon je ne serai pas obligé de la poser.
D'ailleurs même dans votre référence Arxiv vous constaterez page 8 qu'il est juste question d'une espèce de courbe de gauss (un pulse) apposé à des axes.
Ou alors qu'en déduisez-vous de ce schéma de l'occupation 3D, et même 2D (puisque là c'est en coupe selon z avec x et y représentés) ?
C'est incompréhensible, enfin pour moi en tous cas qui aimerait pouvoir visualiser les choses en 3D.
Oui, c'est la forme de l'enveloppe. Ça, c'est dans la direction de propagation. Dans le plan perpendiculaire, imaginez une symétrie de révolution. Ça vous fait un volume de révolution. Ensuite, dans ce volume imaginez un certain nombre d'oscillation à la fréquence omega du pulse. Finalement, cet "objet" (en 3D) se propage dans la direction de propagation au cours du temps. Lors de cette propagation, l'enveloppe peut changer un peu de forme (le pulse diverge lentement) et les oscillations à l'intérieur du solide de révolution qu'est l'enveloppe peuvent évoluer d'une manière compliquée dépendant des vitesses de groupe et de phase et si le milieu est dispersif.
Je visualise pas mal ce qui ce passe mais j'imagine aussi que vous avez du mal à visualiser ce que je viens de dire. C'est mon commentaire sur le fait de faire passer ça sous forme de texte sur un forum...
C'est tout simplement la difficulté de décrire un champ vectoriel dans 4 dimensions. Ça fait beaucoup...
Oui mais ça c'est bien la valeur du champ ? Pas son occupation physique dans l'espace 3D.
Comme avec les représentions de la trajectoire du photon avec les sinusoïdes qu'on trouve partout sur internet; c'est des valeurs d'intensité, pas des valeurs d'occupation dans l'espace. Non ?
Je vous l'ai déjà dit au tout début.C'est tout simplement la difficulté de décrire un champ vectoriel dans 4 dimensions. Ça fait beaucoup...
Je ne m'intéresse pas à la représentation 4D pure, je veux juste la représentation 3D dans le temps, dans notre espace classique.
Où a-t-on le champ électromagnétique issu du photon dans l'espace 3D ? Non pas où est le photon, je répète.
Où peut-on "croiser" le champ électromagnétique issu du photon, dans la vraie vie.
Genre, je met un appareil de mesure à un endroit précis dans notre espace réel : Est-ce que j'ai une chance (même infime) d'interagir avec le champs électromagnétique censé être issu de ce photon ?
Mettez l’appareil de mesure dans tout l'espace 3D à un moment donné : Dites si on peut l'y trouver et vous aurez sa "forme", "sa possibilité de présence".
Vous pouvez imaginer faire ça à chaque instant, toujours dans le monde classique, t, t+dt etc et vous savez dire où est sa forme dans l'espace 3D et comment elle évolue au cours du temps.
Moi c'est tout ce que j'aimerai connaitre.
Et si vous avez la réponse ou un schéma que vous avez déjà trouvé sur internet j'en serai très heureux.
Merci en tous cas de m'aider à réfléchir à ce problème.
Dans le volume que j'ai décrit dans mon précédent message : forme de l'enveloppe du pulse dans la direction de propagation plus symétrie de révolution (par exemple...) dans le plan perpendiculaire. C'est dans ce volume que le champ EM à des valeurs non négligeables.
C'est quand ce volume arrive là où est un détecteur que celui-ci a une probabilité de "cliquer", de détecter.
Donc un genre de tube affaissé des deux côtés c'est ce qu'on appelle une onde "presque plane" ?
Eh bien si la taille transverse est quelques millimètres (la tâche d'un pointeur laser), c'est très très grand devant la longueur d'onde de quelques centaines de nanomètres. Et au "milieu du tube affaissé", les fronts d'onde sont pratiquement plats. Alors, à cet endroit là, ça ressemble pas mal à une onde plane, oui.
