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Les premières premières traces du boson de Higgs ?
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par Harpo » 04 Oct 2011, 23:51
Tentative de clarification :
Voir la définition de la masse donnée par J. M. Lévy-Leblond dans l'encyclopédie Universalis. Même si certains pédagogues (et non des moindres, comme Rémi Hakim) continuent à distinguer une masse au repos et une masse relativiste qui serait : m = mo/racine de(1-v2/c2). Il s'agit d'un archaïsme. La "masse" est ce qu'ils appellent "masse au repos" (le mo de la formule ci-dessus) et je la noterai m, elle correspond par la formule fameuse Eo = mc2 à l'énergie au repos, c'est-à-dire à la somme de toutes les énergies internes à l'objet considéré.
La "masse relativiste" comprendrait en plus l'énergie cinétique de l'objet et dépendrait donc du référentiel comme la vitesse, ce ne serait plus un invariant pour une particule déterminée.
Pour ce qui est de l'aspect inertiel, pour tenir compte de ce que l'inertie d'un objet dépend de sa masse et de sa vitesse, l'expression de la quantité de mouvement devient : p = m v /racine de(1-v2/c2) (au lieu de p = m v qui suffit en mécanique classique c'est-à-dire quand la vitesse v est petite devant la vitesse de la lumière c).
Le problème qui t'agace, Shadoko, c'est que la masse ainsi définie n'est pas ce que tu appelles "masse gravitationnelle".
Si l'on veut parler de la gravitation relativiste (relativité générale), il est prudent de le faire dans des termes convenables :
La gravitation dans cette théorie n'est plus la manifestation d'une force mais celle de la courbure de l'espace temps provoquée par l'énergie sous toutes ses formes : énergie au repos + énergie cinétique :
E = Eo + T = m c2/racine de(1-v2/c2).
L'énergie, et donc aussi la géométrie de l'espace temps, dépendent donc de la vitesse et, par conséquent, du référentiel choisi...
Voir la définition de la masse donnée par J. M. Lévy-Leblond dans l'encyclopédie Universalis. Même si certains pédagogues (et non des moindres, comme Rémi Hakim) continuent à distinguer une masse au repos et une masse relativiste qui serait : m = mo/racine de(1-v2/c2). Il s'agit d'un archaïsme. La "masse" est ce qu'ils appellent "masse au repos" (le mo de la formule ci-dessus) et je la noterai m, elle correspond par la formule fameuse Eo = mc2 à l'énergie au repos, c'est-à-dire à la somme de toutes les énergies internes à l'objet considéré.
La "masse relativiste" comprendrait en plus l'énergie cinétique de l'objet et dépendrait donc du référentiel comme la vitesse, ce ne serait plus un invariant pour une particule déterminée.
Pour ce qui est de l'aspect inertiel, pour tenir compte de ce que l'inertie d'un objet dépend de sa masse et de sa vitesse, l'expression de la quantité de mouvement devient : p = m v /racine de(1-v2/c2) (au lieu de p = m v qui suffit en mécanique classique c'est-à-dire quand la vitesse v est petite devant la vitesse de la lumière c).
Le problème qui t'agace, Shadoko, c'est que la masse ainsi définie n'est pas ce que tu appelles "masse gravitationnelle".
Si l'on veut parler de la gravitation relativiste (relativité générale), il est prudent de le faire dans des termes convenables :
La gravitation dans cette théorie n'est plus la manifestation d'une force mais celle de la courbure de l'espace temps provoquée par l'énergie sous toutes ses formes : énergie au repos + énergie cinétique :
E = Eo + T = m c2/racine de(1-v2/c2).
L'énergie, et donc aussi la géométrie de l'espace temps, dépendent donc de la vitesse et, par conséquent, du référentiel choisi...
- Harpo
- Message(s) : 95
- Inscription : 03 Jan 2004, 19:47
par shadoko » 05 Oct 2011, 12:19
a écrit :
Le problème qui t'agace, Shadoko, c'est que la masse ainsi définie n'est pas ce que tu appelles "masse gravitationnelle".
Note que ça ne m'agace pas :hinhin: . La seule chose que j'essayais de détailler, pour Zorglub qui le demandait, c'est qu'il faut faire une distinction entre l'inertie et la gravitation. Je ne suis pas sûr que les détails que tu apportes "clarifient" beaucoup de choses sur le problème du Boson de Higgs, et surtout pour les gens qui n'ont pas déjà vu le film.
Sinon, bien que ce ne soit pas vraiment l'endroit pour en discuter, toujours parce que ça va encore plus embrouiller les choses pour la majorité des lecteurs de ce fil...
a écrit :
L'énergie, et donc aussi la géométrie de l'espace temps, dépendent donc de la vitesse et, par conséquent, du référentiel choisi...
L'énergie certainement (et cela même en physique Newtonienne), mais la géométrie de l'espace temps, je ne crois pas, si tant est que par géométrie tu entends bien la métrique (et donc la courbure). Dans l'équation d'Einstein, qui relie essentiellement la métrique au tenseur d'énergie-impulsion, ni la métrique (ou les termes qui en dérivent) ni le tenseur d'énergie-impulsion n'ont besoin d'un choix de coordonnées pour être définis. Ce sont des tenseurs (qui vivent dans les puissances tensorielles de l'espace tangent ou cotangent à la variété différentielle sur laquelle on veut résoudre l'équation d'Einstein qui contraint la métrique, ou la "géométrie"), et qui existent donc indépendamment de tout choix de carte (coordonnées). Bien entendu, leurs coordonnées n'auront pas les mêmes valeurs dans deux choix différents (et en particulier "l'énergie cinétique" peut être différente) mais la géométrie de l'espace (la métrique) n'a pas de rapport avec ce choix, de la même manière qu'il n'y a pas besoin de choisir un repère sur une droite pour y définir un point (ou une base d'un espace vectoriel pour y définir un vecteur, etc.).
- shadoko
- Message(s) : 2
- Inscription : 17 Juin 2004, 19:35
par Jacquemart » 05 Oct 2011, 13:29
a écrit :L'énergie certainement (et cela même en physique Newtonienne), mais la géométrie de l'espace temps, je ne crois pas, si tant est que par géométrie tu entends bien la métrique (et donc la courbure). Dans l'équation d'Einstein, qui relie essentiellement la métrique au tenseur d'énergie-impulsion, ni la métrique (ou les termes qui en dérivent) ni le tenseur d'énergie-impulsion n'ont besoin d'un choix de coordonnées pour être définis. Ce sont des tenseurs (qui vivent dans les puissances tensorielles de l'espace tangent ou cotangent à la variété différentielle sur laquelle on veut résoudre l'équation d'Einstein qui contraint la métrique, ou la "géométrie"), et qui existent donc indépendamment de tout choix de carte (coordonnées). Bien entendu, leurs coordonnées n'auront pas les mêmes valeurs dans deux choix différents (et en particulier "l'énergie cinétique" peut être différente) mais la géométrie de l'espace (la métrique) n'a pas de rapport avec ce choix, de la même manière qu'il n'y a pas besoin de choisir un repère sur une droite pour y définir un point (ou une base d'un espace vectoriel pour y définir un vecteur, etc.).
J'allais le dire. :-P
-
Jacquemart - Message(s) : 203
- Inscription : 16 Déc 2003, 23:06
par Harpo » 05 Oct 2011, 18:26
J'ai effectivement dérapé allègrement. Ce que tu dis, Shadoko est bien sûr parfaitement exact. Du coup, je ne sais même plus ce que je voulais dire... Si ça me revient, je n'hésiterai pas à en faire part immédiatement aux foromeurs du FALO sûrement tous impatients d'en savoir plus sur la question.
A part ça, Shadoko, peux-tu développer un peu plus ton explication pour Zelda et moi qui restons sur notre faim. Les puissances tensorielles de l'espace tangent, elle a surement compris, tout comme moi qui ne suis qu'un pauvre chimiste, qu'il s'agit de l'espace minkowskien (pseudo-euclidien, je ne sais plus trop) auquel la variété riemanienne que constitue l'espace-temps est localement assimilable. Mais l'espace cotangent, là je décroche :cry3:
Et le boson de Higgs dans tout ça ?
Le problème est de comprendre ce qu'est la masse, c'est-à-dire l'énergie au repos d'une particule.
Pour un atome, elle comprend toute l'énergie interne à cet atome : les énergies cinétiques des électrons des nucléons (protons et neutrons qui constituent le noyau) et des quarks qui constituent ces nucléons, les énergies potentielles d'interaction électromagnétique et d'interaction forte (entre les quarks) à l'intérieur de l'atome, plus les énergies potentielles d'interaction avec le champ électromagnétique extérieur... (Je dois en oublier).
Mais il reste encore en plus l'énergie au repos des particules fondamentales (électrons, quarks) qui constituent l'atome et qui correspond à la majeure partie de la masse de l'atome. L'autre contribution pas tout à fait négligeable étant l'énergie de l'interaction forte, responsable du défaut de masse du noyau (masse du noyau inférieure à celle des nucléons qui le constituent).
Comment interpréter cette énergie au repos des particules fondamentales. Si elles sont vraiment fondamentales et non pas composites, on ne peut pas analyser leur énergie comme on le fait pour l'atome, sauf à considérer qu'elle serait une énergie potentielle d'interaction avec un champ extérieur. C'est là qu'intervient l'idée du champ de Higgs. L'interaction avec ce champ serait de nature différente des interactions recensées actuellement (interaction électromagnétique, interaction forte, interaction faible, interaction gravitationnelle) et c'est donc lui qui dans cette théorie conférerait de la masse, donc de l'énergie, aux particules fondamentales (sauf au photon dont la masse est nulle).
Toute interaction est véhiculée par des particules (des bosons) : les photons pour l'interaction électromagnétique, 3 types de bosons intermédiaires pour l'interaction faible, 8 types de gluons pour l'interaction forte, un éventuel graviton (jamais mis en évidence actuellement) pour l'interaction gravitationnelle. On imagine un ou plusieurs types de bosons, dits "de Higgs" pour cette interaction qui confèrerait leurs masses aux particules fondamentales.
Mais il s'agirait, comme d'ailleurs pour les bosons intermédiaires et les gluons, de particules n'ayant qu'une existence très brève ("particules virtuelles" sitôt émises par une particule, elles sont absorbées par une autre); on ne pourrait les détecter (ou plutôt détecter les produits de leur désintégration) qu'en les créant dans des collisions mettant en jeu des énergies considérables, encore plus grandes que celles qui ont permis dans les dernières décennies de créer d'abord des bosons intermédiaires puis des gluons...
L'enjeu des expériences actuelles est donc de créer des bosons de Higgs pour vérifier la validité du "modèle standard de la physique des particules" qui prévoit leur existence.
Même si l'on arrive (ce qui est peut-être déjà fait) à détecter des bosons de Higgs, il restera encore de nombreuses interrogations : Pourquoi le photon n'interagit pas avec le champ de Higgs alors que les bosons intermédiaires interagissent (ont une masse). De même pourquoi y a-t-il 3 types de masses différentes pour chacun des quarks ou des leptons : par exemple, l'électron a un équivalent, le muon, de masse plus élevée et un troisième équivalent encore plus lourd, le tau.
Autres questions, sur les neutrinos, on sait maintenant qu'ils ont (très faible) masse, mais pourquoi peuvent-ils "osciller" (se transformer) d'un type en un autre (le neutrino muonique peut devenir un neutrino électronique ou un neutrino tauique...). Et la grande question actuelle est : les neutrinos de grande énergie peuvent-ils vraiment aller plus vite que les photons comme une expérience récente semble le prouver... (Voir le fil "plus vite que la lumière".
A part ça, Shadoko, peux-tu développer un peu plus ton explication pour Zelda et moi qui restons sur notre faim. Les puissances tensorielles de l'espace tangent, elle a surement compris, tout comme moi qui ne suis qu'un pauvre chimiste, qu'il s'agit de l'espace minkowskien (pseudo-euclidien, je ne sais plus trop) auquel la variété riemanienne que constitue l'espace-temps est localement assimilable. Mais l'espace cotangent, là je décroche :cry3:
Et le boson de Higgs dans tout ça ?
Le problème est de comprendre ce qu'est la masse, c'est-à-dire l'énergie au repos d'une particule.
Pour un atome, elle comprend toute l'énergie interne à cet atome : les énergies cinétiques des électrons des nucléons (protons et neutrons qui constituent le noyau) et des quarks qui constituent ces nucléons, les énergies potentielles d'interaction électromagnétique et d'interaction forte (entre les quarks) à l'intérieur de l'atome, plus les énergies potentielles d'interaction avec le champ électromagnétique extérieur... (Je dois en oublier).
Mais il reste encore en plus l'énergie au repos des particules fondamentales (électrons, quarks) qui constituent l'atome et qui correspond à la majeure partie de la masse de l'atome. L'autre contribution pas tout à fait négligeable étant l'énergie de l'interaction forte, responsable du défaut de masse du noyau (masse du noyau inférieure à celle des nucléons qui le constituent).
Comment interpréter cette énergie au repos des particules fondamentales. Si elles sont vraiment fondamentales et non pas composites, on ne peut pas analyser leur énergie comme on le fait pour l'atome, sauf à considérer qu'elle serait une énergie potentielle d'interaction avec un champ extérieur. C'est là qu'intervient l'idée du champ de Higgs. L'interaction avec ce champ serait de nature différente des interactions recensées actuellement (interaction électromagnétique, interaction forte, interaction faible, interaction gravitationnelle) et c'est donc lui qui dans cette théorie conférerait de la masse, donc de l'énergie, aux particules fondamentales (sauf au photon dont la masse est nulle).
Toute interaction est véhiculée par des particules (des bosons) : les photons pour l'interaction électromagnétique, 3 types de bosons intermédiaires pour l'interaction faible, 8 types de gluons pour l'interaction forte, un éventuel graviton (jamais mis en évidence actuellement) pour l'interaction gravitationnelle. On imagine un ou plusieurs types de bosons, dits "de Higgs" pour cette interaction qui confèrerait leurs masses aux particules fondamentales.
Mais il s'agirait, comme d'ailleurs pour les bosons intermédiaires et les gluons, de particules n'ayant qu'une existence très brève ("particules virtuelles" sitôt émises par une particule, elles sont absorbées par une autre); on ne pourrait les détecter (ou plutôt détecter les produits de leur désintégration) qu'en les créant dans des collisions mettant en jeu des énergies considérables, encore plus grandes que celles qui ont permis dans les dernières décennies de créer d'abord des bosons intermédiaires puis des gluons...
L'enjeu des expériences actuelles est donc de créer des bosons de Higgs pour vérifier la validité du "modèle standard de la physique des particules" qui prévoit leur existence.
Même si l'on arrive (ce qui est peut-être déjà fait) à détecter des bosons de Higgs, il restera encore de nombreuses interrogations : Pourquoi le photon n'interagit pas avec le champ de Higgs alors que les bosons intermédiaires interagissent (ont une masse). De même pourquoi y a-t-il 3 types de masses différentes pour chacun des quarks ou des leptons : par exemple, l'électron a un équivalent, le muon, de masse plus élevée et un troisième équivalent encore plus lourd, le tau.
Autres questions, sur les neutrinos, on sait maintenant qu'ils ont (très faible) masse, mais pourquoi peuvent-ils "osciller" (se transformer) d'un type en un autre (le neutrino muonique peut devenir un neutrino électronique ou un neutrino tauique...). Et la grande question actuelle est : les neutrinos de grande énergie peuvent-ils vraiment aller plus vite que les photons comme une expérience récente semble le prouver... (Voir le fil "plus vite que la lumière".
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