Particules élémentaires - pourrait-on observer directement celles-ci et que verrait-on

[QuestionsExistentielles]

Bonjour,

Si on disposait d'un microscope assez puissant pour observer des particules élémentaires, qu'observerait-on ? Pour les protons, les neutrons et les quarks ? On observerait des petits grains de matière/des petites billes ou bien c'est là qu'une représentation simplifiée et qu'on observerait plutôt une tache floue, un brouillard, un nuage (de probabilités ?) comme pour un électron ? Avec le principe d'incertitude de Heinsenberg on ne peut avoir la position précise et la vitesse précise d'une particule mais si on suppose qu'on a aucune information sur une particule, et qu'on connait sa position, est-ce qu'on pourrait observer précisément le proton le neutron ou les quarks ? en l'observant comme on observerait de la matière, bien définie et localisée, "palpable" ?

Merci à vous
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[XK150]

Bonjour ,

" Voyez " (sic ) ce qu 'il en est déjà pour les atomes . Alors pour les particules ...

https://lejournal.cnrs.fr/nos-blogs/...tome-en-images

[QuestionsExistentielles]

https://fr.wikipedia.org/wiki/Partic...%C3%A9mentaire

"Au même moment, les avancées récentes de la mécanique quantique ont radicalement changé notre conception de la particule, puisqu'une particule seule pouvait occuper une partie de l'espace comme le ferait une onde, un phénomène qui n'est toujours pas explicable à notre échelle, composée d'objets (notamment atomes et molécules) qui ont une localité précise"

Pour l'atome oui on arrive à "l'observer" mais pour les protons neutrons et quarks qu'y verrait-on ? Je parlais du principe d'incertitude, si on arrivait à définir précisément la position d'une particule, est-ce qu'on pourrait hypothétiquement la "figer" et observer physiquement cette particule et dire qu'elle est palpable, corpusculaire, qu'elle est un petit grain de matière (un genre de petite bille)? Ou cette particule resterait flou, brouillard et nuage et demeurerait impalpable à la manière d'une onde ? Ou alors on observerait toujours la dualité onde-corpuscule et alors on observerait les deux à la fois

[ThM55]

Observer des quarks ce n'est pas facile car il y a un phénomène dynamique, le confinement, qui empêche de les isoler. D'autre part, pour "voir" un objet il faut "l'éclairer", c’est-à-dire le faire interagir avec des ondes dont la longueur d'onde est inférieure à la taille de l'objet. Or une faible longueur d'onde signifie une haute énergie et on entre dans le domaine des accélérateurs de particules. Par exemple on a fait des expériences de collision d'électrons à très haute énergie sur des protons. On peut avec cela, d'une manière qui n'est pas tellement différente conceptuellement de ce qu'on fait en physique atomique, quoique plus indirecte, "voir" les quarks et pour cela on évalue une "fonction de distribution des partons". Les "partons" sont un autre terme pour désigner les constituants internes des hadrons, comme le proton, donc les quarks et gluons. Ce qu'on observe c'est donc des graphes de fonctions avec des barres d'erreur.

Une introduction à ce sujet: http://www.scholarpedia.org/article/...tion_Functions .

[A voir en vidéo sur Futura]

[pm42]

qu'elle est un petit grain de matière (un genre de petite bille)?

Clairement non. Tu supposes quelque part que ta perception de la réalité macroscopique pourrait rester valide à cette échelle et qu'on pourrait "observer" de la même façon avec notre vue.
Cela n'a pas vraiment de sens.

Ou cette particule resterait flou, brouillard et nuage et demeurerait impalpable à la manière d'une onde ? Ou alors on observerait toujours la dualité onde-corpuscule et alors on observerait les deux à la fois

La dualité onde-corpuscule, c'est la possibilité de décrire de 2 façons, pas le fait qu'une particule soit "une bille" et/ou "un brouillard qui serait une onde".

[albanxiii]

Au passage, il n'y a pas de principe d'incertitude, c'est de la mauvaise vulgarisation qui remonte à l'époque des débuts de la mécanique quantiques où les fondateurs se raccrochaient à ce qu'ils pouvaient pour se faire une intuition physique des phénomènes.
Il y a des relations d'indéterminations, et elles concernent la statistique des mesures.
Je vous conseille ce texte à ce sujet : http://bupdoc.udppc.asso.fr/consulta...ID_fiche=14043

Et pour le reste de vos questions, je pense que ça vaut vraiment la peine de se plonger dans la mécanique quantique et la théorie quantique des champs, mais du point de vue technique je veux dire, oublier toute la vulgarisation. Vous verrez ces questions sous un autre angle (et vous verrez à quel point on vous arnaque pour vous donner l'impression de comprendre la physique des particules). L'inconvénient c'est que ça demande un énorme investissement si vous n'êtes pas dans la filière scientifique.

[QuestionsExistentielles]

Mais par exemple si on prend un photon même s'il a des propriétés à la fois corpusculaire et ondulatoire je trouve ça plus simple de se le représenter car il n'est pas une particule de matière, alors que les protons neutrons quarks sont de la matière, si on reprend la notion d'atome "insécable" on s'imagine quelque chose de palpable, d'où le côté "grain de matière" et donc même chose pour protons neutrons quarks on s'imaginerait un tout petit grain qui n'en serait pas un ? Mais pareillement c'est contre-intuitif aussi car si on s'imagine quelque chose de palpable pourquoi ne pourrait-il pas être scindé à son tour vu qu'on pourrait l'observer physiquement

[pm42]

Mais par exemple si on prend un photon même s'il a des propriétés à la fois corpusculaire et ondulatoire je trouve ça plus simple de se le représenter car il n'est pas une particule de matière

En quoi cela fait une différence ? Matière et énergie sont assez semblables.

si on reprend la notion d'atome "insécable"

Pourquoi reprendre une notion qui remonte à l'antiquité et est fausse ?

on s'imagine quelque chose de palpable, d'où le côté "grain de matière" et donc même chose pour protons neutrons quarks on s'imaginerait un tout petit grain qui n'en serait pas un ?

C'est ce qui t'a été expliqué plus haut : tu essaies d'appréhender ces notions avec ton "imagination" qui est basée sur ton expérience macroscopique.
Donc tu cherches des "petites billes".
Cela ne marche pas comme ça. C'est la même approche qui fait penser que la terre est plate.

[titijoy3]

que signifie palpable en physique ?

ou bien visible ?

[coussin]

Au cas où ça peut être utile, je signale ce papier récent qui a été repris depuis par de nombreux sites de vulgarisation : https://arxiv.org/abs/2404.05699
Dans ce papier, les chercheurs "imagent" des atomes froids et mettent en évidence le côté paquet d'ondes, délocalisés, de ceux-ci.
(Je mets "image" entre guillemets car c'est une technique bien particulière. Ce n'est pas simplement "prendre un microscope puissant" )

[pm42]

Dans ce papier, les chercheurs "imagent" des atomes froids et mettent en évidence le côté paquet d'ondes, délocalisés, de ceux-ci.
(Je mets "image" entre guillemets car c'est une technique bien particulière. Ce n'est pas simplement "prendre un microscope puissant" )

Et avant ça, on avait fait le dual : manipuler et imager des atomes comme des particules.
https://en.wikipedia.org/wiki/IBM_(atoms)

[ThM55]

Mais on peut rassurer QuestionsExistentielles: même des physiciens expérimentés continuent souvent à penser les particules comme de "petites billes" pour décrire certaines expériences où elles semblent bien localisées à notre échelle. Simplement parce que ce n'est pas facile de penser tout le temps en terme de théorie quantique des champs. Il faudrait être comme Mister Spock pour que ce soit inné, je suppose.

[Morteen]

Il faudrait être comme Mister Spock pour que ce soit inné, je suppose.

Bonjour.

Ce n'est pas demain la veille que ce sera inné, vu que l'on continue à enseigner la physique de Newton au lycée...

[pm42]

Ce n'est pas demain la veille que ce sera inné, vu que l'on continue à enseigner la physique de Newton au lycée...

Je me demande si tu perçois la contradiction profonde dans ta phrase et l'ironie sous-jacente.

[ThM55]

Oui, le lycée ne rend rien inné par définition. De toute façon il est essentiel de continuer à enseigner la physique newtonienne au lycée car c'est la seule que l'on peut vérifier sans difficulté et à faible coût dans le laboratoire d'un lycée et surtout parce que son domaine d'application est gigantesque, dans les applications d'ingénierie usuelles (transports, génie civil, satellites, ...), en biophysique, en médecine... jusqu'à l'astrophysique. Idem pour l'optique classique, les bases de l'électricité et la thermodynamique.

La physique quantique est tout de même moins accessible par des expériences et le lien théorie-expérience est moins direct car il passe par des mathématiques qui sont d'un plus haut niveau. J'ai toutefois le souvenir d'une démo de l'effet Zeeman par notre prof de physique au lycée. Mais c'est une double exception: expérience relativement aisée (un peu trompeur tout de même) et prof exceptionnel (comme hobby, il faisait de vrais hologrammes au laser!).

[QuestionsExistentielles]

Hello,

J'étais tombé sur cette vidéo que j'avais trouvée assez intéressante sur le sujet, je crois du coup mieux la comprendre maintenant : https://www.youtube.com/watch?v=qFgt...=Passe-Science

[ThM55]

Bien sûr il n'y a que des champs. Mais c'est ça le problème: les excitations quantifiées des champs sont des particules, ou plus exactement des états à nombre déterminé ou non de particules.

On voit cette ambivalence dans la manière des auteurs de présenter la théorie. Chez Landau-Lifchitz, on commence par présenter le champ électromagnétique comme un système quantique, et on montre qu'il s'agit d'un ensemble d'oscillateurs. On part donc du champ. Chez Steven Weinberg, le traité commence par décrire les états à une particule et les classifie en terme de représentations du groupe de Poincaré. On part donc de la particule, qui n'est donc pas une petite bille mais un état possédant des nombres quantiques définis par les représentations du groupe de Poincaré (impulsion, spin, hélicité....). Ce n'est que par la suite, quand on décrit des ensembles de plusieurs ou d'un nombre indéterminé de particules, qu'on retrouve la notion de champ quantique. Cela montre bien que la théorie unifie les deux notions en une, qui est un nouveau concept, mais qui est cependant peu intuitif, il est de nature mathématique.

[Morteen]

Bonjour.

@PM42

Je me demande si tu perçois la contradiction profonde dans ta phrase et l'ironie sous-jacente.

Effectivement, le mot inné est mal choisit, mais ce n'est pas moi qui ai commencé. La définition de "l'inné" et même son existence ne faisant pas consensus, loin de là, on peut se demander ce que c'est. Si comme certains chercheurs le disent, l'inné n'est que la capacité d'acquérir, l'erreur n'est pas bien grave.
Je cite Axel Khan :

Vaste question fort débattue. L'inné est la part de notre personnalité liée à nos gènes transmis par nos parents à la naissance, alors que l'acquis est la part liée à l'environnement : la culture, l'éducation, l'expérience personnelle, etc. L'opposition entre les tenants d'une influence déterminante de l'inné et ceux de l'acquis est largement artificielle. En effet, on peut dire que l'homme a la capacité innée d'acquérir, ce qui fait toute sa spécificité et sa richesse.

Mais je reconnais mon erreur dans l'emploi de mot ici.

@ThM55 Je suis en désaccord total. A de jeunes cerveaux qui ont grande capacité d'acquisition, on enseigne des lois physiques qui, pour nombre d'entre elles, on été invalidées. Ca fait 100 ans que l'on sait par exemple que la gravité n'est pas une force, on continue de la qualifier ainsi, et même d'en faire une des 4 forces fondamentales. Autre exemple, pour passer le permis de conduire, on doit se taper la "force centrifuge". Qui nous pousse vers la gauche quand la voiture tourne à droite. Sauf que la force centrifuge, cela n'existe pas. Ce serait compliqué d'expliquer que la voiture tourne et que le passager continue tout droit ?

Etc.

PS: ce forum n'étant pas un lieu de débats d'idées (c'est Didier qui me l'a appris), je m'arrêterai là.

Amicalement à tous.

[titijoy3]

c'est plus facile de dire "force centrifuge" que d'expliquer "le passager (y compris le conducteur s'ils sont deux) continue tout droit" parce que tout le monde ou presque a une idée de ce qu'est la "force centrifuge", il suffit que la description corresponde aux besoins de l'élève,

par exemple, un futur électricien a t'il besoin de connaitre tous les aspects de l'utilisation de l'électron ?

pareil pour la gravité, nombre d'activités se satisfont parfaitement qu'on la qualifie de force, d'ailleurs, quand on porte un objet il faut bien opposer une force à la pesanteur, tout dépend du niveau et du but de l'élève..

l'inné, c'est se qu'on fait sans avoir besoin d'apprendre à le faire, non ?

[ThM55]

@ThM55 Je suis en désaccord total. A de jeunes cerveaux qui ont grande capacité d'acquisition, on enseigne des lois physiques qui, pour nombre d'entre elles, on été invalidées. Ca fait 100 ans que l'on sait par exemple que la gravité n'est pas une force, on continue de la qualifier ainsi, et même d'en faire une des 4 forces fondamentales. Autre exemple, pour passer le permis de conduire, on doit se taper la "force centrifuge". Qui nous pousse vers la gauche quand la voiture tourne à droite. Sauf que la force centrifuge, cela n'existe pas. Ce serait compliqué d'expliquer que la voiture tourne et que le passager continue tout droit ?

Etc.

PS: ce forum n'étant pas un lieu de débats d'idées (c'est Didier qui me l'a appris), je m'arrêterai là.

Amicalement à tous.

D'accord pour éviter le débat d'idée mais puisque tu exprimes un désaccord avec mon avis j'estime avoir un droit de réponse (mais je promets de ne pas insister davantage ). Les lois de Newton n'ont pas été invalidées, elles deviennent simplement des cas limites de la relativité générale dans les limites v<<c et GM/c^2 << R. C'est une erreur de dire qu'elles ont été invalidées. Et la gravitation est bien une force dans la limite newtonienne, ainsi que post-newtonienne (qui est utilisée pour le guidage de certaines sondes interplanétaires). Il s'agit de ce qu'on pourrait appeler une "force effective". La force centrifuge est également une force effective dans un référentiel non inertiel, comme d'ailleurs la force de Coriolis.

[QuestionsExistentielles]

Bien sûr il n'y a que des champs. Mais c'est ça le problème: les excitations quantifiées des champs sont des particules, ou plus exactement des états à nombre déterminé ou non de particules.

Pour chaque champ, une représentation plus adéquate des particules associées serait donc qu'une particule correspond à une excitation d'un champ, plus ou moins localisée (ici et là ?) dans l'espace, quantifiée également ?

La dualité onde-corpuscule, c'est la possibilité de décrire de 2 façons, pas le fait qu'une particule soit "une bille" et/ou "un brouillard qui serait une onde".

=> ce qui rejoint cela (à la fois pouvant être décrit comme une onde avec un spectre des possibilités de localiser la particule et comme un corps pour chaque endroit/point de l'espace de ce spectre d'où on pourrait la localiser) ?

[coussin]

J'ajoute un bémol : c'est bien beau de dire que tout est champ mais il faut aussi réaliser que mettre en évidence la "non-localité" d'une particule est difficile et celle-ci ne se manifeste que dans des circonstances très particulières. Dans 99.9% des cas, c'est OK de dire qu'une particule est "une petite bille".
De manière évidente, les objets qui nous entourent sont bien localisés Mais ça ne s'arrête pas là, si je prends un microscope très puissant, je peux voir des virus individuels. Eux aussi, ils sont bien localisés. Mais ça ne s'arrête pas là, voir le message #11, si je prends un microscope encore plus puissant même les atomes apparaissent bien localisés, des petites billes qu'on manipule individuellement.

La mise en évidence de la non-localité demande, par exemple des températures ultra froides (c'est alors la longueur d'onde thermique de De Broglie qui donne la "taille" des atomes) ou des masses extrêmement faibles (l'électron, la plus légère des particules, n'est jamais localisé à mieux que quelques angstroms...). Et même dans ces cas très particuliers, la non-localité est toute relative, de l'ordre au mieux de quelques microns.

[oualos]

Les atomes isolés peuvent aussi se comporter comme des particules
On constate sur les photos un "étalement des atomes" qui ne sont donc pas fixés en un seul point.
Et cela confirme une fois de plus l'équation de Schrödinger...
Le problème est que la seule représentation qui vaille dans le monde microscopique ce sont les mathématiques et l'idée de De Broglie sur un dualisme ontologique bien qu'intéressante au départ a été partiellement abandonnée, sinon comme schéma simplificateur.

https://trustmyscience.com/atomes-un...te-resolution/

[ThM55]

Il faut aussi admettre que les atomes peuvent parfois être de grosses boules. Un noyau d'or, de numéro atomique 79, a 197 nucléons collés les uns aux autres, ce n'est pas rien. Pas une boule de bowling non plus, mais quand même, dans l'espace de Fock ça fait beaucoup d'actions des opérateurs de création.

D'autre part on fait de l'interférométrie avec des neutrons. Dans l'expérience COW de 1974, par exemple, les neutrons sont effectivement délocalisés par la diffraction Bragg dans le cristal (cf https://arxiv.org/pdf/1207.2953). Finalement on revient toujours à l'expérience paradigmatique présentée par Feynman comme point de départ.

[QuestionsExistentielles]

Bonjour,

J'avais vu ceci : https://www.youtube.com/watch?v=6Oc-...=FranceCulture , j'ai trouvé cette vidéo sympathique.

Bon week-end !

[coussin]

Bonjour,
J'avais vu ceci : https://www.youtube.com/watch?v=6Oc-...=FranceCulture , j'ai trouvé cette vidéo sympathique.
Bon week-end !

Concernant l'émergence de trajectoires dans les chambres à bulles, je ne peux que conseiller la lecture du papier de Mott qui résout cet apparent "paradoxe". C'est un très bon papier.
https://en.wikipedia.org/wiki/Mott_problem

[ThM55]

Concernant l'imagerie atomique, un article récent décrit une expérience assez jolie qui montre la dispersion du paquet d'onde d'un atome : https://arxiv.org/abs/2404.05699 . Très intéressant car la dynamique du paquet d'ondes est mesurée et la comparaison avec la théorie est quantitative. Le dispositif expérimental est aussi étonnant (un réseau produit par des faisceaux laser).

En réalité les données sur la dispersion ne sont pas obtenues pour un seul atome mais par une répétition de la mesure sur un grand nombre d'entre eux. Un histogramme montre la diffusion du paquet d'ondes.

[QuestionsExistentielles]

J'ai vu cela en effet, : https://trustmyscience.com/atomes-un...te-resolution/ et les points rouges ici sont quoi finalement ? Corpuscule ou une onde simplement plus localisée ?

[QuestionsExistentielles]

(L'article avait été mis plus haut)

[ThM55]

J'ai vu cela en effet, : https://trustmyscience.com/atomes-un...te-resolution/ et les points rouges ici sont quoi finalement ? Corpuscule ou une onde simplement plus localisée ?

Les deux mon général . En fait ils expliquent qu'il s'agit d'atomes de lithium qui sont piégés dans un réseau optique (chacun se retrouve dans un puits de potentiel, par un effet qu'ils appellent RSC, Raman Sideband Cooling, ne me demandez pas comment ça marche, je n'en sais rien). Ensuite le réseau optique est éteint et les atomes sont laissés à eux même, les paquets d'onde se dispersent comme prévu par l'équation de Schrödinger.

Cette expérience ne nous apprend rien de neuf sur la mécanique quantique, tout cela était déjà bien connu et vérifié. Mais la technologie mise en oeuvre est remarquable et aura probablement d'autres utilisations.