Trajectoire du photon

[ArchoZaure]

Bonjour.

J'aurais bien aimé avoir des informations concernant ce que j’appelle "la trajectoire du photon".
J'ai bien cherché sur internent mais les schémas indiqués me laissent perplexes puisque par exemple on passe souvent du photon à la lumière et on confond les deux.

Pour faire simple, si on prend le cas d'un seul photon qui part d'une couche électronique suite au changement de couche d'un électron.
Quelle est la trajectoire de ce photon en question ?

a)Il se déplace en tant que particule en ligne droite.
Et il a une épaisseur nulle ??? (du coup ce serait analogue à la droite mathématique).
Ou alors il a une certaine épaisseur, ou alors un diamètre, ou alors il a une sphère d'influence, ou alors autre chose.
Ou alors il grossit au fur et à mesure de son avancée ?
J'invente surement, je sais pas trop ce qui colle ou pas mais c'est pour essayer de faire comprendre ma question.
N'hésitez pas à me demander des précisions si ma demande n'est pas claire.
Connaissant la vitesse de ce photon et en imaginant qu'on sait dire quand il est parti de l'atome (t=0), peut-on affirmer que le photon se trouve à l'instant t à la distance C*t ?

b)Il se déplace en tant qu'onde en occupant un espace.
Dans ce cas quelle est la forme de cet espace occupé au cours du temps ?
Une ligne d'épaisseur nulle ? Un cylindre ? Un Cône ?
Ou alors comme on a avec les ondulations à la surface de l'eau : une sphère ? (enfin pour la surface de l'eau c'est en 2 dimensions et pour le photon c'est en 3 dimensions).
Alors le photon est-il localisé ou alors occupe-t-il une position statistique dans l'ensemble de la forme de cet espace ?
Cette occupation statistique évolue-elle avec le temps ?
Comme j'ai déjà vu avec l’électron qui a comme on dit une probabilité de présence autour du noyau mais ici c'est un espace qui s'agrandit ou change de place avec le temps ?
Dans ce cas peut-on encore trouver le photon juste à côté de l'atome même si sa "forme d'occupation" fait des années-lumière ? (C'est peu probable mais pas nul ou alors c'est aussi probable dans l'ensemble de la forme).

J'ai pas abordé la question des formes des champs magnétiques et électriques pour simplifier la question mais c'est peut-être ce qui manque pour comprendre ?
Que de questions...

Si quelqu'un pouvait tenter (je ne dit pas que je vais tout comprendre mais je vais faire au mieux) de démêler ce sac de nœud qui a pris place dans ma tête je lui en serait très reconnaissant.

Merci.
-----

[coussin]

Pour le cas d'une désexcitation électronique, c'est simple. Le photon est une onde sphérique (pas exactement, c'est un rayonnement dipolaire, ça ressemble plus à un "tore" mais ce n'est pas important...)
Au cours du temps, vous pouvez imaginer une "coquille" sphérique qui grossit, à la vitesse de la lumière bien sûr.

[ArchoZaure]

Au cours du temps, vous pouvez imaginer une "coquille" sphérique qui grossit, à la vitesse de la lumière bien sûr.

Super ! Ça me simplifie déjà bien la compréhension.
Si je résume pour voir si j'ai bien compris :
Le photon est présent au niveau de la surface d'une sphère. Sa présence au sein de la sphère est équiprobable.
Il n'y a rien dans le volume délimité par la sphère, rien en dessous et rien au dessus.
Tout le photon si j'ose dire est "sur la peau de cette coquille".

Dans le cas où j'ai bien compris j'aurai d'autres questions.
La coquille de la sphère est-elle infiniment fine ou a-t-elle une épaisseur ?
Où se trouve le centre de la sphère ?

[coussin]

Le centre de la sphère est bien sûr sur l'atome.
L'épaisseur de cette coquille sphérique est non nulle bien que difficile à quantifier. L'épaisseur de cette coquille est un certain nombre de longueur d'onde de la radiation émise. L'exact nombre de longueur d'onde dépend des détails de la transition électronique, dépend si cette désexcitation électronique est "facile" ou non.

[A voir en vidéo sur Futura]

[ArchoZaure]

Le centre de la sphère est bien sûr sur l'atome.

Ok. Enfin disons l'endroit où le photon a pris naissance ? Pas le centre de l'atome donc ?

L'épaisseur de cette coquille sphérique est non nulle bien que difficile à quantifier. L'épaisseur de cette coquille est un certain nombre de longueur d'onde de la radiation émise. L'exact nombre de longueur d'onde dépend des détails de la transition électronique, dépend si cette désexcitation électronique est "facile" ou non.

Peut-on dire alors que cette épaisseur est relative au temps d'apparition du photon au niveau de la couche électronique multiplié par C ?
Si le photon apparait rapidement la coquille sera fine sinon elle sera plus épaisse ?

[coussin]

Peut-on dire alors que cette épaisseur est relative au temps d'apparition du photon au niveau de la couche électronique multiplié par C ?
Si le photon apparait rapidement la coquille sera fine sinon elle sera plus épaisse ?

Pas exactement, non. Un photon "n'apparaît" pas sur une couche électronique.
Lors d'une désexcitation électronique, l'atome initialement dans un état excité va commencer à "osciller" entre cet état excité et un état plus bas. Lors de cette phase, la densité électronique (l’orbitale) oscille entre celle de l'état excité et celle de l'état finale. Chacune de ces oscillations génère une longueur d'onde. Éventuellement, l'atome se stabilise dans l'état final et la densité électronique ne change plus.
Cette phase transitoire est rarement décrite en détails car c'est très difficile à simuler, l'atome et le champ échangeant de l'énergie pendant la durée de la désexcitation.

Pour la même raison, c'est difficile de dire exactement où le photon a pris naissance. Le photon résulte d'une oscillation de la densité électronique de l'atome. C'est tout ce qu'on peut dire.

[ArchoZaure]

Pas exactement, non. Un photon "n'apparaît" pas sur une couche électronique.
Lors d'une désexcitation électronique, l'atome initialement dans un état excité va commencer à "osciller" entre cet état excité et un état plus bas. Lors de cette phase, la densité électronique (l’orbitale) oscille entre celle de l'état excité et celle de l'état finale. Chacune de ces oscillations génère une longueur d'onde. Éventuellement, l'atome se stabilise dans l'état final et la densité électronique ne change plus.
Cette phase transitoire est rarement décrite en détails car c'est très difficile à simuler, l'atome et le champ échangeant de l'énergie pendant la durée de la désexcitation.

Un gros merci. C'est super parlant dit comme ça.
Ça veut dire "en substance" (terme de vulgarisation) que le passage de l'atome (comprenant la couche électronique) d'un état instable à un état stable fini par produire l'émission d'un seul photon ayant la longueur d'onde idoine, centrée "quelque-part" (est-ce que cette notion a un sens lorsqu'on parle de l'espace occupé par l'atome ?) au niveau de l'atome.

C'est un des nombreux (trop) modèle que j'avais en tête, emmêlés parmi tous les autres, et que je trouve assez troublant.
Puisque si on imagine le photon émis centré ou à proximité du noyau, on peut se demander comment il n'interfère pas à nouveau avec l'atome pour finalement être réabsorbé (vu que c'est une coquille qui gonfle).
Mais peut-être que les seuls photons qui sont émis à la fin de toutes les interactions sont ceux qui ont fini par produire une coquille qui englobe l'atome.
Enfin bref, je crois que je pense tout haut.

En tous cas ça a bien éclairci ma lanterne, un grand Merci.
Tout ça va certainement m’amener à poser d'autres questions concernant les photons puisque cette manière de le voir implique beaucoup de mystères (pour moi en tous cas).

[Deedee81]

Salut,

Pour un photon seul il n'y a pas trop de complication avec la mécanique quantique (à part la quantification de son énergie). Et une représentation générale est simplement : une onde électromagnétique (le paquet d'ondes est un bon exemple, voir google image par exemple). Et quand on dit que le photon est une onde sphérique est une sphère : c'est vraiment une sphère (pas juste "le photon est quelque part dans/sur la sphère", même si lors d'une mesure on va forcément le trouver à un endroit, à cause de la quantification).

Ceci étant dit :

le passage de l'atome (comprenant la couche électronique) d'un état instable à un état stable fini par produire l'émission d'un seul photon ayant la longueur d'onde idoine, centrée "quelque-part" (est-ce que cette notion a un sens lorsqu'on parle de l'espace occupé par l'atome ?) au niveau de l'atome.

Oui, du moins la plupart du temps (il y a aussi des transitions non radiatives, mais c'est évidemment les radiatives qui t'intéressent )

C'est un des nombreux (trop) modèle que j'avais en tête, emmêlés parmi tous les autres, et que je trouve assez troublant.

Hé ? Avec l'atome, impossible d'éviter la mécanique quantique. Et avec la MQ :
- on est très éloigné des propriétés/comportement classiques de la vie de tous les jours
- elle est souvent très déroutante
- l'explication avec des mots (évidemment adapté à la vie de toujours les jours) est souvent fausse ou trompeuse. (faut bien avouer que c'est chiant pour pouvoir expliquer, les équations c'est important mais faut aussi pouvoir "en parler" !).
(et si on parle du photon on entre dans le domaine de la théorie quantique relativiste des champs où c'est encore pire)

Un exemple, le modèle de Bohr : premier modèle qui fonctionnait de l'atome (bien que l'atome de Thomson avait donné quelques résultats, mais quantitativement erronés), et c'est un modèle (semi) classique. Je l'ai appris en cours de chimie-physique et à la fin le prof a dit : tout ce que vous venez d'apprendre est faux

Puisque si on imagine le photon émis centré ou à proximité du noyau, on peut se demander comment il n'interfère pas à nouveau avec l'atome pour finalement être réabsorbé (vu que c'est une coquille qui gonfle).

Ca peut arriver ! Surtout dans le domaine des courtes longueur d'onde (plus petite que la taille de l'atome). Avec des phénomènes d'excitations/désexcitations en cascade ou le cas non radiatif pré-cité. Le photon peut même être immédiatement absorbé par les liaisons moléculaires (molécule, structures cristalline des solides) et donner des vibrations... de la chaleur...

Tout ça va certainement m’amener à poser d'autres questions concernant les photons puisque cette manière de le voir implique beaucoup de mystères (pour moi en tous cas).

C'est vaste, complexe et.... passionnant Tu es le bienvenu

[mach3]

Cette discussion me rappelle ça : http://www3.uji.es/~planelle/APUNTS/.../JCEphoto.html

Il y a de belles animations (dans mon souvenir) mais dans le format desuet .mov (là entre mon pc de boulot et mon smartphone, impossible de les lire dans l'immédiat)

m@ch3

[Deedee81]

Cette discussion me rappelle ça : http://www3.uji.es/~planelle/APUNTS/.../JCEphoto.html

Excellent article, merci.

[coussin]

Cette discussion me rappelle ça : http://www3.uji.es/~planelle/APUNTS/.../JCEphoto.html

Il y a de belles animations (dans mon souvenir) mais dans le format desuet .mov (là entre mon pc de boulot et mon smartphone, impossible de les lire dans l'immédiat)

m@ch3

Oui, il fût un temps où je connaissais un site ayant tout un tas de telles animations. J'ai maintenant oublié ce site mais on comprenait très bien, en regardant ces vidéos d'oscillations d'orbitales électroniques, comment une transition d'un état s vers p, p vers d, etc prenait place.

[Nicophil]

Bonjour,

Cette discussion me rappelle ça : http://www3.uji.es/~planelle/APUNTS/.../JCEphoto.html

Version électronique d'un article du même titre publié dans ce journal en 1979 ( J. Chem. Educ. 1979 56 631-635).

Pourtant, on trouvera en 1986 dans le NYT :https://www.nytimes.com/1986/10/21/s...-own-eyes.html

​''You have to hold yourself steady and look for minutes at a time, and then you'll see it switch,'' said Dr. Nagourney. ''You see the trapped ion blinking on and off, and each blink is a quantum jump. It's a striking illustration that things occur discontinuously in nature.''

[Archi3]

il y a quand même des tous petits problèmes, entre autre parce que ce dont on parle ce n'est pas "la place" du photon mais d'une distribution de probabilité de trouver le photon (d'ailleurs pour le photon ce n'est pas vraiment ça car il n'existe pas de distribution de probabilité de présence, c'est plutot une distribution de probabilité de trouver telle valeur du champ électrique).
la distribution de probabilité d'un rayonnement dipolaire est effectivement torique mais si on connait la valeur et l'orientation du moment cinétique . Si on ne la connait pas, il faut considérer une distribution statistique d'état (un opérateur densité) qui lui sera de symétrie sphérique (mais ça ne détermine toujours qu'une distribution de probabilités). De plus si on sait que l'atome est dans un état excité à l'instant t, la probabilité de désexcitation est plus ou moins exponentielle donc cette distribution de probabilité est radialement exponentiellement décroissante du bord vers l'intérieur. A noter que toute mesure transformera cette distribution de probabilité .

Mais en aucun cas ça ne représente "la position" du photon qui n'est pas définie. Quand on parle de trajectoires ce sont en fait des normales au surface d'isoprobabilité.

[ArchoZaure]

Merci pour les nombreuses réponses.
Ça se complique à nouveau un peu tout ça et je vais donc essayer de préciser mon questionnement et ce que je comprends des réponses point par point.

Et une représentation générale est simplement : une onde électromagnétique (le paquet d'ondes est un bon exemple, voir google image par exemple).

Voilà, c'est un des points pas clair pour moi et aussi une des raisons qui m'ont fait ouvrir ce fil.
Lorsqu'on demande ce qu'est le photon, on tombe souvent sur cette fameuse représentation de "l'onde" en question : Le photon y est soi-disant représenté par une onde.
Mais ce qui y est représenté c'est au contraire une particule (ponctuelle qui plus est) qui se déplace linéairement au cours du temps et non pas une onde.
Représenter le photon sous la forme d'une particule pour expliquer qu'on a une dualité onde/particule n'est pas très parlant je trouve.

Et souvent on ajoute pour faire le parallèle le schéma de la vaguelette sur l'eau... qui n'est pourtant ici cette fois pas une représentation mais bien la réalité observable.
Si donc on part de ce schéma et qu'on applique le même principe de compréhension à la représentation de l'onde du photon (avec une sinusoïde pour le paquet d'onde ou avec deux sinusoïdes sur des plans inclinés pour "le photon") alors on peut même croire que la représentation du photon par le schéma de la sinusoïde est la réalité observable.
Donc que le photon occupe l'espace autour d'un point central qui se déplace linéairement, comme l'eau qui se trouve effectivement là où se trouve la vaguelette.

Et quand on dit que le photon est une onde sphérique est une sphère : c'est vraiment une sphère (pas juste "le photon est quelque part dans/sur la sphère", même si lors d'une mesure on va forcément le trouver à un endroit, à cause de la quantification).

Donc là avec cette représentation spatiale proposée par coussin je m'y retrouve mieux.
Le photon y serait donc si je comprend, non plus sur une ligne, mais "occuperait" (c'est là peut-être la subtilité verbale lié à la dualité onde/particule) un espace qui a la forme d'une sphère (pas une boule, ou alors une boule creuse), et on a vu que cette sphère avait également une certaine épaisseur.
Cette sphère, "ou coquille", enflerait à la vitesse de la lumière dans toutes les directions et serait plus ou moins centrée sur la zone d'apparition du photon.

Oui, du moins la plupart du temps (il y a aussi des transitions non radiatives, mais c'est évidemment les radiatives qui t'intéressent )

Ah oui d'accord, il y aurait donc aussi des transitions électroniques qui ne feraient que changer la conformation électronique sans émission d'un photon.
Surement une question d'énergie équivalente entre les deux conformations ?

- l'explication avec des mots (évidemment adapté à la vie de toujours les jours) est souvent fausse ou trompeuse. (faut bien avouer que c'est chiant pour pouvoir expliquer, les équations c'est important mais faut aussi pouvoir "en parler" !).

D'accord m’ enfin quand même on devrait pouvoir fournir des indications minimales sur les limites de la présence d'une particule non ?
Par exemple ici avec le photon on peut au moins dire (si j'ai bien compris) que quelques secondes après son émission on ne peut plus le capter à proximité de l'atome et qu'on ne peut pas encore le capter à 1 année-lumière non plus.
Et qu'on peut le trouver... ou qu'on doit (ça c'est la subtilité de la MQ que je n'ai pas encore bien compris) le trouver quelque-part sur la sphère. Mais au moins on a des infos.

Cette discussion me rappelle ça : http://www3.uji.es/~planelle/APUNTS/.../JCEphoto.html

Il y a de belles animations (dans mon souvenir) mais dans le format desuet .mov (là entre mon pc de boulot et mon smartphone, impossible de les lire dans l'immédiat)

Un bel article. Un peu compliqué pour moi par contre.
Il confirme si j'ai bien compris que la sphère du photon pourrait bien avoir une certaine épaisseur puisque la transition n'est pas instantanée ?

il y a quand même des tous petits problèmes, entre autre parce que ce dont on parle ce n'est pas "la place" du photon mais d'une distribution de probabilité de trouver le photon (d'ailleurs pour le photon ce n'est pas vraiment ça car il n'existe pas de distribution de probabilité de présence, c'est plutot une distribution de probabilité de trouver telle valeur du champ électrique).

C'est là où ça se bouscule un peu (beaucoup) dans ma tête.
Si je résume :

Il n'existe pas de distribution de probabilité de présence.
Ceci est-il spécifique au photon ? Ou ça s'applique aussi aux autres particules (comme l'électron autour de l'atome par exemple).

"c'est plutot une distribution de probabilité de trouver telle valeur du champ électrique" :
Ça peut sembler logique à première vue de dire qu'une particule en soi n'est rien et que c'est ce qu'on peut mesurer d'elle qui fait ce qu'elle est (si c'est ce que j'ai compris de vos propos).
Sauf que si la valeur (ou les valeurs qui caractérisent la particule) de son champs vaut 0 relativement à un appareil de mesure particulier, je ne comprends pas qu'on puisse dire que c'est équivalent au fait de dire qu'elle n'est pas là.
La preuve en est que si on mesurait plus loin par rapport au point d'émission on aurait une valeur <> 0 (si la valeur oscille) alors que si on mesurait quelque-part dans l'espace au hasard on n'aurait pas la particule en question.

On peut aussi imaginer le dispositif qui consisterait à entourer complètement l'atome d'un système de mesure sphérique.
Lorsque le photon part, ne va-t-il pas forcément finir par taper quelque-part sur le système de mesure ?

la distribution de probabilité d'un rayonnement dipolaire est effectivement torique mais si on connait la valeur et l'orientation du moment cinétique .

Là je suis perdu.
Pourquoi il est question de rayonnement dipolaire ?
Le photon ou son "rayonnement" aurait des pôles ? Et pourquoi il est question de rayonnement, qu'est-ce que signifie ce terme ?
Le terme rayonnement n'est pas plutôt réservé à de la lumière (composée de plein de photons) ?
Je ne vois pas non plus ce que la forme torique vient faire ici alors qu'on venait juste de dire que la présence du photon était sphérique.
Il y aurait donc deux choses, une présence du photon sous la forme d'une sphère à laquelle se surajoute un champ dipolaire ? mais alors le champ déborde relativement à la position spatiale du photon ?

Ou alors c'est de l'atome dont vous parliez ?

Si on ne la connait pas, il faut considérer une distribution statistique d'état (un opérateur densité) qui lui sera de symétrie sphérique (mais ça ne détermine toujours qu'une distribution de probabilités).

La forme serait différente selon ce qu'on sait du photon ???

De plus si on sait que l'atome est dans un état excité à l'instant t, la probabilité de désexcitation est plus ou moins exponentielle donc cette distribution de probabilité est radialement exponentiellement décroissante du bord vers l'intérieur. A noter que toute mesure transformera cette distribution de probabilité .

Donc OK, vous parlez de l'atome...

Mais en aucun cas ça ne représente "la position" du photon qui n'est pas définie. Quand on parle de trajectoires ce sont en fait des normales au surface d'isoprobabilité.

Ou pas...
Je suis désolé mais je n'arrive pas à comprendre.
Il doit me manquer des éléments de compréhension.
Peut-être que c'est l'aspect physico-mathématique qui me fait défaut.


Sinon, pour imager la trajectoire du photon, tout ça m'a donné des idées.
Est-ce qu'on ne pourrait pas simplement reprendre la première représentation (celle proposée par Deedee81), imaginer qu'on ait virtuellement une infinité (forcément infini sinon les "rayons virtuels" auraient des espaces entre eux au fur et à mesure que la sphère virtuelle s'étend ou alors pas forcément infini et la particule gonfle aussi au cours du temps) de ces trajectoires linéaires (une particule qui avance dans l'espace en ligne droite et présente in situ deux valeurs (une électrique et une magnétique)) ce qui correspondait à sa forme ondulatoire, et dire qu'au moment où on interagit avec le photon on sélectionne une de ces particules virtuelles, et dire qu'on a alors affaire à sa forme particulaire ?
(Par contre dans ce cas la sphère d'avancement des particules virtuelles ne serait plus épaisse mais bien localisée ponctuellement).
Cette manière de voir les choses est-elle recevable en terme physique ?

[coussin]

J'ai dit dans mon message #2 qu’il s'agit en effet d'un tore et pas d'une sphère (je n'ai pas insisté plus par la suite par souci de clarté...)
Il est question de rayonnement dipolaire car la grande majorité des transitions électroniques sont dipolaires. D'autres transitions sont bien sûr possibles, elles donneront lieu à d'autres "formes" qu'un tore.

Un photon peut avoir "la forme qu'on veut" (peut être dans n'importe quel mode). Un photon n'est qu'une configuration de champs électromagnétique E et B tels que sa densité d'énergie EM intégrée sur tout l'espace vaut 1*hbar*omega (le "1" signifiant qu'il s'agit d'un photon)

[coussin]

Par exemple, on peut imaginer envoyer 1 photon dans LIGO (qui est fait pour ça ) et ce photon unique sera 2 rayons perpendiculaires de 4 km de long.

[Deedee81]

Salut,

Ca fait beaucoup de choses. Je laisse Archi3 ou d'autres répondre aux autres points.
Je ne répondrai qu'à deux choses.

Ah oui d'accord, il y aurait donc aussi des transitions électroniques qui ne feraient que changer la conformation électronique sans émission d'un photon.
Surement une question d'énergie équivalente entre les deux conformations ?

En effet. Il peut même y avoir des cas un peu extrêmes il est vrai où on a une désexcitation interne avec l'électron plus plus externes qui est éjecté (là plus de problème de bilan d'énergie, l'électron éjecté emporte juste l'excès d'énergie quel qu'il soit). C'est : https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Auger
(sinon c'est lié à des "ajustements Doppler", des niveaux d'énergie de translation ou des niveaux d'énergies très serrés comme souvent avec les vibrations moléculaires et encore plus dans les solides)

Autre point, la dualité onde/corpuscule. J'aime pas et on peut s'en passer (en tout cas une fois qu'on a acquis les bases, au début c'est difficile de ne pas s'y référer). Souvent je dis : ondes ou corpuscule ? Ni l'un ni l'autre. Onde et corpuscule ? Non, quelque chose qui selon les situations présente certains aspects de l'un ou de l'autre.

Je préfère donc dire : une particule quantique (pas que le photon) EST une onde. Mais pas une onde classique (comme peut l'être une vague), même si elle en présente les caractéristiques essentielles (principe de superposition, interférence). Les différences étant :
- L'onde quantique est quantifiée : par exemple un photon a une énergie h.nu, nu étant la fréquence. Ni plus, ni moins. Notons que "nu précis" est une idéalisation (souvent utilisée) car c'est non normalisable (une onde monochromatique est infinie, son énergie totale est donc nulle ou infinie), donc on utilise quelques astuces mathématiques (dont les distributions à la Dirac). Une particule réelle a plutôt l'aspect d'un paquets d'onde avec une certaine gamme de longueurs d'onde. Notons que le principe d'incertitude en est une conséquence immédiate ! https://fr.wikipedia.org/wiki/Transf....27incertitude
- Lors d'une interaction, c'est toujours ponctuel. Mais ce n'est pas si extraordinaire, ça veut juste dire que si on a deux ondes F(x) et G(y) (x, y ici point dans l'espace-temps), le terme d'interaction est de type F(x)G(x). C'est juste local. Ce n'est que si on met le pied dans le marais des interprétations de la mécanique quantique avec la réduction et tout ça que ça devient bizarre/mystérieux. Mais c'est bien ce coté ponctuel qui donne le caractère corpusculaire. Notons d'ailleurs que Bohr est par après passé à une dualité cinématique (propagation) / dynamique (interaction), mais ça a peu marqué les esprits ce qui est dommage je trouve.
- Sur ce que je viens de dire, limitons nous à l'interprétation "instrumentale" : lors d'une mesure (avec un appareil macroscopique) on trouve toujours une valeur définie (par exemple la position si c'est ce qu'on mesure) avec une probabilité donnée par l'onde (règle de Born). Mais on peut (curieusement) se passer d'un tel point de vue, c'est le pas vers le marais
- Pour plusieurs particules, disons deux, l'onde est décrite par une fonction de type F(x1, x2) (x1, x2 = deux points dans l'espace-temps, soit six variables d'espace). Cette fonction est généralement non séparable (ce n'est pas le produit ou la somme de deux fonctions pour x1 et x2). Les états non séparables sont les états intriqués. C'est en réalité la seule chose qui soit vraiment non classique !!!! EDIT sauf sans doute le spin, mais on n'a pas besoin de cette difficulté ici.

Pour ce qui est de la trajectoire, il est à noter qu'il y a aussi un lien avec les ondes qui n'a pas toujours un aspect quantique :
- Pour une onde plane, celle-ci a une direction de propagation bien précise et rectiligne (même si la trajectoire de l'onde n'est, elle, pas une ligne).
- Dans la limite des courtes longueur d'onde, on entre dans l'optique géométrique et la trajectoire est claire.
- Prenons une chambre d'ionisation en physique des particules. Une particule décrite par une onde plane (en général une particule chargée mais le raisonnement reste vrai pour un photon) entre dans la chambre. Elle a une certaine probabilité d'ioniser le premier atomes rencontrés, sur un plan toutes ces probabilités sont égales. L'un d'entre eux va être ionisé. Mais même sans devoir utiliser la réduction dès le début (ou la décohérence, ou les deux, et on peut faire ça la fin) on démontre que si plusieurs atomes sont ionisés, ils ont une forte probabilité d'être tous alignés sur la même direction : ce qui donne cette fois une belle trajectoire rectiligne ! La vérification se fait assez facilement avec l'équation de Schrödinger (voir par exemple le livre Quantum Mechanics de Léonard L Schiff).

Notons que tout ça est vrai autant pour le photon, que l'électron, etc.... La "nature" d'un photon et d'un électron, sont la même chose. Les différences sont :
- le photon est de masse nulle, donc facile à créer et toujours dans le domaine relativiste (ça peut vachement compliquer les choses, notamment en théorie quantique des champs : états scalaires et longitudinaux, divergences infra-rouges)
- Le photon est un boson, son spin est entier (l'électron est un fermion), il a tendance à être "grégaire", et on a donc facilement des flux de photons d'états identiques (lasers) ou proches (lumière classique). Alors que l'électron étant un fermion, il est soumis au principe d'exclusion et donc a se mettre dans un état différent des autres. Cela a tendance à lui donner un comportement non collectif et donc profondément quantique.
(il y a des raisons pas facile à expliquer mais très rigoureuse avec liens entre spin, (anti)symétrisation de la fameuse fonction F(x1,x2),...)
- Le photon n'a aucune charge électrique (différence capitale par rapport à l'électron)
Et c'est (à peu près) tout (l'électron a aussi une saveur et une charge faible)

Bon, c'est vaste. Veux-tu que je t'envoie le lien sur ma série youtube "les bases de la MQ" ? par MP (pas d'autopromotion) ?

[Sethy]

Cette discussion me rappelle ça : http://www3.uji.es/~planelle/APUNTS/.../JCEphoto.html

Il y a de belles animations (dans mon souvenir) mais dans le format desuet .mov (là entre mon pc de boulot et mon smartphone, impossible de les lire dans l'immédiat)

m@ch3

Pour info, elles sont visibles avec la dernière version de QuickTime. Par contre j'évite d'installer ce soft sur mon PC principal.

J'ai une "VM" (machine virtuelle) qui traine pour faire ce genre de chose

[ArchoZaure]

Un photon peut avoir "la forme qu'on veut" (peut être dans n'importe quel mode). Un photon n'est qu'une configuration de champs électromagnétique E et B tels que sa densité d'énergie EM intégrée sur tout l'espace vaut 1*hbar*omega (le "1" signifiant qu'il s'agit d'un photon)

Ça alors !
Donc OK, je résume :
Un photon peut "occuper l'espace" ("sa forme" si on veut) n'importe comment, et cette forme peut évoluer n'importe comment.
L'intégration de sa densité d'énergie Électromagnétique sur cet espace vaut une valeur fixe (mais ça n'a de toutes façons pas d'importance puisque quand on interagit de manière destructive avec le photon ce qu'il y avait par unité de volume dans l'espace n'est pas pris en compte (ça c'est moi qui l'ajoute et c'est une déduction, peut-être hasardeuse mais ça peut peut-être éclairer mon incompréhension éventuelle)) ; on prend la somme de tout; qui est la valeur fixe 1*hbar*omega.

Ce qui fait que contrairement à la première représentation proposée avant, que je corrige à présent : On peut tout à fait trouver le photon près de sa source, même si sa forme s'est déjà "allongée" d'une année-lumière, puisque sinon je ne vois pas pourquoi on irait intégrer sur l'ensemble de son espace (ou j'ai encore rien compris).
Le photon avec lequel on peut interagir ne se situe pas uniquement au niveau de son "front d'onde".

La question initiale de ce fil "Quelle est la trajectoire du photon ?" devrait donc plus logiquement être reformulée en "Quelle est la forme de la dispersion du photon dans l'espace ?" ?

Par exemple, on peut imaginer envoyer 1 photon dans LIGO (qui est fait pour ça ) et ce photon unique sera 2 rayons perpendiculaires de 4 km de long.

D'accord donc qu'est-ce qui fait que cette forme se transforme au cours du temps comme ci ici et comme ça là-bas ?

Ici on a un "tube", un "rayon" qui s'allonge au cours du temps, touche un miroir et continue perpendiculairement.
Et là-bas on a un tore (ou une sphère), qui grossi uniformément dans l'espace environnant.

Comment on fait pour obtenir des photons qui vont se disperser sous la forme d'un tube dans une direction particulière, plutôt que sous la forme d'une sphère se dispersant dans toutes les directions ?
On a besoin d'un dispositif particulier ou d'un système de production de photon particulier ?

[coussin]

Ça alors !
et cette forme peut évoluer n'importe comment.

Hola non, l'évolution est donnée par les equations de Maxwell. Ça n'évolue pas n'importe comment
En particulier, un photon émis par une désexcitation électronique dans le vide, le fameux "tore" qui s'étend à la vitesse de la lumière, bah ça ne "retourne" pas sur l'atome.
Et pour obtenir une "forme" particulière, bah on utilise des lentilles et des miroirs tout simplement. Si un laser donne un faisceau gaussien, c'est parce que il y a une cavité, disons linéaire, délimités par 2 miroirs et le mode propre (le seule "forme" qui peut s'établir) dans cette configuration géométrique est un faisceau gaussien (je simplifie grandement...)

[coussin]

Un autre exemple : dans les expériences d'optique quantique, on manipule des photons uniques et bien souvent on les envoie dans les fibres optiques pour les amener à un certain endroit de l'expérience. Bon bah là, la trajectoire du photon c'est la fibre

[Archi3]

oui mais en fait c'est une onde dans la fibre (et sans représentation ondulatoire on ne peut pas comprendre pourquoi il reste dans la fibre...)

[Archi3]

Donc là avec cette représentation spatiale proposée par coussin je m'y retrouve mieux.
Le photon y serait donc si je comprend, non plus sur une ligne, mais "occuperait" (c'est là peut-être la subtilité verbale lié à la dualité onde/particule) un espace qui a la forme d'une sphère (pas une boule, ou alors une boule creuse), et on a vu que cette sphère avait également une certaine épaisseur.
Cette sphère, "ou coquille", enflerait à la vitesse de la lumière dans toutes les directions et serait plus ou moins centrée sur la zone d'apparition du photon.

je vais te prendre une comparaison classique qui vaut ce qu'elle vaut, ça ne te vient pas à l'idée de te demander où est le son de ta voix quand tu as parlé ?

Et pourtant on peut parler de "trajectoire" du son pour expliquer par exemple les échos ou les effets de focalisation du son (comme les églises où on entend très distinctement quelqu'un qui parle dans un autre angle sans qu'on l'entende sur le trajet). Mais en plus il y a un effet quantique qui fait que le photon, bien qu'associé à une onde , ne peut etre détecté que de manière "localisée " et aléatoire. Cependant tu ne peux pas parler de trajectoire définie - parler d'une trajectoire définie ne te permet par exemple pas de comprendre les franges d'interférence car alors la trajectoire doit passer par les deux trous....

[ArchoZaure]

Hola non, l'évolution est donnée par les equations de Maxwell. Ça n'évolue pas n'importe comment

Oui enfin on est d'accord. "N'importe comment" je voulais dire que ça pouvait évoluer de différentes manières selon quelque-chose (qui m'échappe mais j'imagine bien que c'est pas le hasard).
Donc je note : Ça évolue selon les équations de Maxwell.

En particulier, un photon émis par une désexcitation électronique dans le vide, le fameux "tore" qui s'étend à la vitesse de la lumière, bah ça ne "retourne" pas sur l'atome.

OK mais là justement, concernant ce fameux tore, on est d'accord qu'il conserve sa forme de tore et que c'est seulement la surface du tore qui s'étend à la vitesse de la lumière ?
Donc effectivement au bout d'un certain temps il ne pourrait plus interagir avec l'atome, puisque cette surface est déjà loin.
Par contre lorsque vous dites que dans LIRGO le photon fait 4km de long, si on devait appliquer ce principe au tore, sa forme serait l'ensemble de l'espace occupé par le tore depuis son émission.
Donc le photon sous la forme de tore n'aurait pas besoin de retourner sur l'atome puisqu'il y est depuis le début.
Je ne sais pas si vous voyez mon incompréhension.
D'un côté on a une surface qui s'étend et de l'autre un volume.
Pourquoi ?

Ou alors, deuxième version : Le photon de LIRGO n'occupe finalement pas 4km, ce n'est pas un tube et c'est le front de l'onde du photon qui en parcourant l'espace forme un tube si on intègre intellectuellement l'ensemble des positions du front d'onde. C'est donc pas réel.

J'ai du mal à distinguer la validité des deux modèles et j'espère que vous voyez également en quoi la logique permet en tous cas de voir qu'il y a un hic (ou pas et j'ai encore mal compris et vous pouvez peut-être m'expliquer où se situe mon erreur de raisonnement).

Et pour obtenir une "forme" particulière, bah on utilise des lentilles et des miroirs tout simplement. Si un laser donne un faisceau gaussien, c'est parce que il y a une cavité, disons linéaire, délimités par 2 miroirs et le mode propre (le seule "forme" qui peut s'établir) dans cette configuration géométrique est un faisceau gaussien (je simplifie grandement...)

Là vous me parlez de la lumière mais je comprend que ça doit aussi fonctionner aussi avec un unique photon.
Si je résume:
On part d'un photon "naturel", sphérique ou torique et on le "dévie" au niveau d'un de ses côtés et le reste suit ?
C'est difficile à imaginer.

Un autre exemple : dans les expériences d'optique quantique, on manipule des photons uniques et bien souvent on les envoie dans les fibres optiques pour les amener à un certain endroit de l'expérience. Bon bah là, la trajectoire du photon c'est la fibre

L'occupation de l'espace par le photon dirons-nous ?
Il va tout droit puisque c'est une onde plane (je reprend l'exemple de Deedee81 même si j'ai pas vraiment compris comment ça peut exister) et il rebondit sur les parois.
Ou alors il s’étend dans toutes les directions et sa forme s'adapte en continu, contraint par la forme de la fibre ?
C'est pas clair pour moi.

[coussin]

oui mais en fait c'est une onde dans la fibre (et sans représentation ondulatoire on ne peut pas comprendre pourquoi il reste dans la fibre...)

Euh bah oui un photon "n'est qu'une onde", c'est un peu le message que je veux faire passer.

[coussin]

Pour les rayons de 4 km dans LIGO, il faut que s'établisse une onde stationnaire. Il faut donc que le photon remplisse ces 4 km, il faut donc que l'épaisseur de la coquille fasse 4 km, il faut donc une impulsion d'au moins 13 microsecondes. Je ne sais pas s'il existe une source de photon unique capable de produire une telle impulsion (probablement pas...) donc mon exemple est mal choisi

[ArchoZaure]

je vais te prendre une comparaison classique qui vaut ce qu'elle vaut, ça ne te vient pas à l'idée de te demander où est le son de ta voix quand tu as parlé ?

Je vais peut-être vous surprendre mais oui je me demande régulièrement par où passent les compressions de l'air qui se déploient depuis une source.
Si pour autant je ne peux pas parler de la trajectoire de l'ensemble des "compressions élémentaires" (variation cinétique des molécules de gaz), je suppose que la notion de trajectoire pour une seule compression peut néanmoins conserver un certain sens.

Et pourtant on peut parler de "trajectoire" du son pour expliquer par exemple les échos ou les effets de focalisation du son (comme les églises où on entend très distinctement quelqu'un qui parle dans un autre angle sans qu'on l'entende sur le trajet).

Une trajectoire moyenne vous voulez dire ?

Mais en plus il y a un effet quantique qui fait que le photon, bien qu'associé à une onde , ne peut etre détecté que de manière "localisée " et aléatoire. Cependant tu ne peux pas parler de trajectoire définie - parler d'une trajectoire définie ne te permet par exemple pas de comprendre les franges d'interférence car alors la trajectoire doit passer par les deux trous....

Oui d'accord bien sûr.
Mais à la limite la question de la probabilité de présence ou pas de la particule ça ne me préoccupe pas plus que ça.
Tout ce qu'on sait et j'espère au moins qu'il y a là une logique à notre portée, c'est qu'il doit exister un espace dans lequel on parle de cette probabilité.
Si on est en dehors de cet espace, en dehors de "cette forme", là au moins on est sûr que la probabilité va être nulle.
D'où la notion de probabilité de "présence" du photon que j'ai employé au tout début, et qui n'est apparemment pas employée en physique "règlementaire" (mais on se comprend j'espère ?)

C'est donc de ce volume spatial et uniquement de ça dont il est question lorsque je parle de "trajectoire".
A noter que le problème de nommage est la raison pour laquelle j'ai proposé de faire évoluer la question dans ce sens dans le message #19.

La question initiale de ce fil "Quelle est la trajectoire du photon ?" devrait donc plus logiquement être reformulée en "Quelle est la forme de la dispersion du photon dans l'espace ?" ?

[Archi3]

Je vais peut-être vous surprendre mais oui je me demande régulièrement par où passent les compressions de l'air qui se déploient depuis une source.

la réponse est qu'elles passent partout .

Si on est en dehors de cet espace, en dehors de "cette forme", là au moins on est sûr que la probabilité va être nulle.
D'où la notion de probabilité de "présence" du photon que j'ai employé au tout début, et qui n'est apparemment pas employée en physique "règlementaire" (mais on se comprend j'espère ?)

non ça marche pour les particules de matière , mais pas pour le photon, c'est lié au fait que le photon va à c et qu'il n'y a aucun "référentiel du photon" où il serait immobile, mais bon c'est un peu technique à expliquer.

[ArchoZaure]

non ça marche pour les particules de matière , mais pas pour le photon, c'est lié au fait que le photon va à c et qu'il n'y a aucun "référentiel du photon" où il serait immobile, mais bon c'est un peu technique à expliquer.

Ça marche pas. Vous voulez dire qu'on peut trouver le photon issu d'une source particulière en dehors d'un volume d'espace bien défini au cours du temps ?

[ArchoZaure]

Je préfère donc dire : une particule quantique (pas que le photon) EST une onde. Mais pas une onde classique (comme peut l'être une vague), même si elle en présente les caractéristiques essentielles (principe de superposition, interférence). Les différences étant :
- L'onde quantique est quantifiée : par exemple un photon a une énergie h.nu, nu étant la fréquence. Ni plus, ni moins. Notons que "nu précis" est une idéalisation (souvent utilisée) car c'est non normalisable (une onde monochromatique est infinie, son énergie totale est donc nulle ou infinie), donc on utilise quelques astuces mathématiques (dont les distributions à la Dirac). Une particule réelle a plutôt l'aspect d'un paquets d'onde avec une certaine gamme de longueurs d'onde. Notons que le principe d'incertitude en est une conséquence immédiate ! https://fr.wikipedia.org/wiki/Transf....27incertitude

Du coup j'ai tapé "photon incertitude d'Heisenberg" sur internet et je suis tombé sur cette discussion : https://forums.futura-sciences.com/p...rg-photon.html
Au moins je pense avoir compris à partir de là que c'est pas parce que la vitesse du photon est parfaitement définie que sa position ne l'est pas.
C'est juste sa longueur d'onde qui peut être plus ou moins précisément définie (avec plus ou moins de probabilité) selon le volume d'espace occupé par le photon.

Mais sinon je ne comprends toujours pas.
Parler d'un paquet d'onde plutôt qu'une onde ne fait (pour moi) que déplacer la question.
Quel est le volume occupé dans l'espace par un paquet d'onde et comment évolue ce volume ? C'est un peu ça ma question de fond.
Et là avec toutes ces réponses (dont certaines me paraissent étranges, mais je suis peut être tombé dans le terrier du lapin en haut de forme et à la montre à gousset) que je reçoit au fur et à mesure j'ai l'impression que le mystère s'épaissit.

Je pense que tout le monde a déjà vu les schémas de certaines expériences de physique où on voit le tracé rectiligne de la trajectoire du photon et ça ne gène personne pour raisonner logiquement à partir de cet état de fait.
Par exemple j'ai vu dernièrement les expériences de gomme quantique à choix retardé dont voici le schéma :
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Experience_Sculley.png?us elang=fr

Ici il est explicitement question d'un photon qui avance au cours du temps en ligne droite dans une seule direction pour ne heurter que spécifiquement le prochain appareil (miroir, convertisseur, détecteur d'interference, détecteur de photon).
Il ne part pas dans tous les sens en partant de la source de photon.

La question est donc : Puisqu'on m'a fait remarquer précédemment que cette" orientation forme du photon dans un volume d'espace et son évolution" est dépendant des équations de maxwell, qu'est-ce que l’émetteur de photon de cette expérience a de particulier (sans jeu de mot) pour que ces physiciens de haut niveau supposent avec force (sinon les raisonnements de cette expérience sont il me semble sans objet et bien sûr je veux bien entendre le contraire s'il existe des arguments valables) qu'il existe un photon allant en ligne droite sans qu'il "ne diffuse autours de lui" (pour ainsi dire).