Battements quantiques et interférences temporelles

[Husserliana]

Bonjour à tous,

Première question d'une longue série (c'est la rentrée !)

J'ai déjà rencontré l'expression " (quantum) temporal interferences" (toujours dans des textes d'anglo-saxons) dans le contexte d'une description des "battements quantiques" (quantum beats). Il semblerait que l'expression tienne sa légitimité du contraste nourri avec un autre genre d'interférences, spatiales celles-là : celles qui donnent lieu auxdites franges d'interférences (par exemple, dans Quantum Light for Imaging, Sensing and Spectroscopy, p.6, accessible sur Googlebooks).
Seulement je peine à comprendre ce que représente au juste une telle interférence temporelle, a fortiori dans le contexte de la physique quantique. Comment concilier le principe de superposition et le fait que les ondes partielles du paquet d'onde (ou les amplitudes de probabilité de l'état global) interrargissent les uns avec les autres à différents instants (entraînant de ce fait des interférences constructives/destructives) ? Si du moins c'est ainsi qu'il faut interpréter le concept d'interférence temporelle -- je n'exclus pas de me planter sur toute la ligne.


Somme toute, par inteférence temporelle, faut-il entendre une genre d'interférence se produisant entre des ondes linéairement combinées entre elles (et donc, mais pour le dire avec les mains, présentes "simuttanément" dans le même paquet), mais pouvant avoir des phases, des fréquences (ou d'autres caractéristiques ; mais puiqu'il est question de battements, commençons par les fréquences) différentes à chaque point dans le temps ?
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[Deedee81]

Salut,

J'ai déjà vu passer l'expression. Mais malheureusement j'en ignore le sens exact (en tout cas c'est certainement pas comme de simples "corrélations à t différents").

En attendant que ceux qui connaitraient passent, une petite actu qui en parle. Ca peut servir de base pour des recherches (avec google par exemple) :
https://dailyscience.brussels/fr/int...ns/14/12/2020/
ce que j'ai fait :
https://en.wikipedia.org/wiki/Hong%E...3Mandel_effect
M'a l'air sympa comme article (mais pas trop le temps de l'éplucher, je suis au boulot)

[Husserliana]

Merci Deedee, pour cette relance et ces deux liens !!C'est tout à fait intéressant.
Mais j'ai crains de m'être mal exprimé. L'effet Hong-Ou-Mandel -- que je découvre grâce à toi -- implique, sauf erreur, une interférence à deux particules (ici des photons, mais je crois comprendre que ça peut se généraliser aussi aux particules massives). Alors il est certes question d'interférences temporelles, même si j'ai bien du mal en voi en quoi (les deux liens ne sont pas extrèmement clairs sur cette question, ce sont sans doute mes limites). Mais mon souci était plus spécifiquement celui du battement quantique en tant qu'interférence temporelle. Et une interférence intrinsèque (le fameux "interfers with itself", dont parlait Dirac)...

Mais j'aurais sans doute dû commencer par demander ceci ; qu'est ce qu'un battement quantique, au juste ? L'article wikipédia est pour le moins succint enfin je trouve.
Et question subsidiaire : ces battements quantiques peuvent-ils se manifester à l'échelle d'une particule subatomique, boson ou fermion ? Car les quelques articles (très techniques) que je parcours semblent traiter exclusivement de ces battements au niveaux des atomes ou des molécules...

[mtheory]

Bonjour à tous,

Première question d'une longue série (c'est la rentrée !)

J'ai déjà rencontré l'expression " (quantum) temporal interferences" (toujours dans des textes d'anglo-saxons) dans le contexte d'une description des "battements quantiques" (quantum beats). Il semblerait que l'expression tienne sa légitimité du contraste nourri avec un autre genre d'interférences, spatiales celles-là : celles qui donnent lieu auxdites franges d'interférences (par exemple, dans Quantum Light for Imaging, Sensing and Spectroscopy, p.6, accessible sur Googlebooks).
Seulement je peine à comprendre ce que représente au juste une telle interférence temporelle, a fortiori dans le contexte de la physique quantique. Comment concilier le principe de superposition et le fait que les ondes partielles du paquet d'onde (ou les amplitudes de probabilité de l'état global) interrargissent les uns avec les autres à différents instants (entraînant de ce fait des interférences constructives/destructives) ? Si du moins c'est ainsi qu'il faut interpréter le concept d'interférence temporelle -- je n'exclus pas de me planter sur toute la ligne.


Somme toute, par inteférence temporelle, faut-il entendre une genre d'interférence se produisant entre des ondes linéairement combinées entre elles (et donc, mais pour le dire avec les mains, présentes "simuttanément" dans le même paquet), mais pouvant avoir des phases, des fréquences (ou d'autres caractéristiques ; mais puiqu'il est question de battements, commençons par les fréquences) différentes à chaque point dans le temps ?

y a rien de compliqué, c'est exactement la même chose que des battements classiques, on somme deux exponentielles en un même point de l'espace mais avec des fréquences temporelles différentes de sorte que si on empile dans un diagramme dans le temps en un même point on passe périodiquement du brillant au noir dans le temps au lieu d'un extension dans l'espace pour un même temps pour des interférences spatiales. La version française n'est pas en ligne libre mais une explication simple avec application est donné ici https://archive.org/details/quantics...e/232/mode/2up (l'inscription est libre)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Aaaaah d'accord. Merci mtheory. Je cherchais la complication moi. Pourquoi faire simple quand .... hein ! Excuse-moi Husserliana.

[Husserliana]

Merci mtheory !
(Et Deedee, il n’y pas de mal, tu m’as fait découvrir quelque chose )
O.K pour le caractère temporel de interférences, c’est déjà plus clair dans mon esprit. Seulement les pages du Lévy-Leblond que tu mets en lien suscite certaines questions, à propos justement, de ces battements quantiques.
1) La taille du système considéré. Le premier exemple de l’auteur (spectroscopie) est celui d’un atome, le second, d'une particule de spin demi-entier (analyse de l’évolution de d’état de spin). Peut-on envisager, au moins en principe, qu’une particule subatomique telle qu’un électron (ou autre fermion) soit elle aussi sujette à des battements tels que ceux que mettent en lumière le premier exemple (où l’observable n’est pas le spin, mais l’énergie) ; c’est-à-dire qu’il soit lui aussi sujet à des interférences entre deux (ou plusieurs) transitions, ou chemins, entre ses niveaux d’énergie ?

2) Si je comprends bien, la situation est essentiellement la même que celle de l'expérience de la double fente. Dans l'expérience de type "fentes de Young", il existe deux chemins vers chaque position du détecteur et les amplitudes de probabilité de ces chemins interfèrent. Dans une expérience de battement quantique (du moins celle où l’observable considérée est l’énergie), l’état fondamental, où niveau d’énergie le plus bas, peut être atteint à partir de deux états excités ayant des énergies différentes (par exemple, E1 et E2) ; les amplitudes de probabilité de ces chemins vers l'état fondamental (| E1 > -- > | g > et | E2 > --> | g >) interfèrent également de manière constructive et destructive, provoquant des oscillations dans l'intensité du rayonnement émis.
Question donc : ce qui interfère ici, ce sont les amplitudes de ces transitions, et non les photons émis, n’est-ce pas ? Du moins la seule interférence qui compte, pour susciter un tel battement quantique, est celle entre ces deux chemins (s’il y a interférence entre les photons, ce n’est pas elle qui provoque ces battements ; c'est au contraire, celle des amplitudes asocciées aux chemins d’un même système, et c’est pour cela du reste, qu’il est question de battements quantiques)… A-je raison ?

[mtheory]

Merci mtheory !
(Et Deedee, il n’y pas de mal, tu m’as fait découvrir quelque chose )
O.K pour le caractère temporel de interférences, c’est déjà plus clair dans mon esprit. Seulement les pages du Lévy-Leblond que tu mets en lien suscite certaines questions, à propos justement, de ces battements quantiques.
1) La taille du système considéré. Le premier exemple de l’auteur (spectroscopie) est celui d’un atome, le second, d'une particule de spin demi-entier (analyse de l’évolution de d’état de spin). Peut-on envisager, au moins en principe, qu’une particule subatomique telle qu’un électron (ou autre fermion) soit elle aussi sujette à des battements tels que ceux que mettent en lumière le premier exemple (où l’observable n’est pas le spin, mais l’énergie) ; c’est-à-dire qu’il soit lui aussi sujet à des interférences entre deux (ou plusieurs) transitions, ou chemins, entre ses niveaux d’énergie ?

2) Si je comprends bien, la situation est essentiellement la même que celle de l'expérience de la double fente. Dans l'expérience de type "fentes de Young", il existe deux chemins vers chaque position du détecteur et les amplitudes de probabilité de ces chemins interfèrent. Dans une expérience de battement quantique (du moins celle où l’observable considérée est l’énergie), l’état fondamental, où niveau d’énergie le plus bas, peut être atteint à partir de deux états excités ayant des énergies différentes (par exemple, E1 et E2) ; les amplitudes de probabilité de ces chemins vers l'état fondamental (| E1 > -- > | g > et | E2 > --> | g >) interfèrent également de manière constructive et destructive, provoquant des oscillations dans l'intensité du rayonnement émis.
Question donc : ce qui interfère ici, ce sont les amplitudes de ces transitions, et non les photons émis, n’est-ce pas ? Du moins la seule interférence qui compte, pour susciter un tel battement quantique, est celle entre ces deux chemins (s’il y a interférence entre les photons, ce n’est pas elle qui provoque ces battements ; c'est au contraire, celle des amplitudes asocciées aux chemins d’un même système, et c’est pour cela du reste, qu’il est question de battements quantiques)… A-je raison ?

il y a battement pour TOUT système quantique où on somme en un même point de l'espace des amplitudes proportionnelles à exp (-iEt/hbarre) avec de E différents et il s'agit toujours d'amplitudes en interférence temporelle donc c'est la même chose avec des amplitudes en exp (-iP.r/hbarre) dans l'espace avec de P différents.

[Husserliana]

Pardon pour mon retard, un souci m'a retenu

A nouveau, merci mtheory !
Mais alors, comment expliqueriez-vous le fait que la plupart des articles traitant du phénomène du battement (je n'ai pas tout consulté, tant s'en faut) se focalisent sur des molécules ou des atomes ? Et pas d'autres systèmes quantiques, plus élémentaires, dirons-nous....

Enfin, votre réponse constitue-t-elle aussi une réponse à ma seconde question ? Je veux dire, dois-je en conclure que ce qui interfère, de façon à susciter ces "beats", ce sont des amplitudes (proportionnelles à e(iEt/ℏ), donc) de transition, et non les photons émis dans le processus.... ?

[mtheory]

Je veux dire, dois-je en conclure que ce qui interfère, de façon à susciter ces "beats", ce sont des amplitudes (proportionnelles à e(iEt/ℏ), donc) de transition, et non les photons émis dans le processus.... ?

absolument

[mtheory]

absolument

d'autres exemples, les oscillations de particules neutres, neutrinos compris https://en.wikipedia.org/wiki/Neutra...le_oscillation

[Husserliana]

Merci beacoup !
Et merci également pour l'exemple de l'oscillation des neutrinos. M'étais demandé si ça relevait du même phénomène, j'ai maintenant ma réponse