Le photon : masse ou pas ?

Bonsoir,

Je n'ai pas trouvé d'autre endroit pour poser ma question alors si un modérateur estime qu'il n'est pas bien placé il n'y aura qu'à le déplacer merci.

Voilà, on apprends depuis le lycée que le photon n'a pas de masse, je l'apprends aussi dans mes études supérieures seulement, lors de la rencontre entre un électron et un positon (qui ont tous deux une masse) il y a création de 2 photons d'annihilation émis à 180° l'un de l'autre. Si l'électron et le positon ont une masse, comment expliquer que le photon n'en ait pas ? La loi de la conservation ne s'applique-t-elle pas ?

Merci pour vos éclaircissement et bonnes fêtes !

Laisse tomber les profs de physique du collège et du lycée.

La mienne voulait nous expliquer que l'électron avait une charge électrique positive et que Planck s'était planté.

E=mc² veut dire que le photon a bien sur une masse.

Il y a des tas de livres d'astrophysiciens qui expliquent cela très bien.

Oui c'est ce à quoi j'avais pensé E=mc², le problème c'est que je suis en première année de médecine où on fait de la physique (structure de la matière entre autre) et au début du cours on dit que le photon n'a ni masse ni charge et à la fin on dit qu'un électron et un positon forment 2 photons sans revenir sur le fait que le photon n'ait pas de masse.

La conservation est vérifiée car la réaction d'annihilation ne produit pas que des photons mais aussi de l'énergie :blush:

Laisse tomber les profs de physique du collège et du lycée.

La mienne voulait nous expliquer que l'électron avait une charge électrique positive et que Planck s'était planté.

Pas bien de dire ça :blush:

Einstein a établit l'équation suivante :

E² = m²c4 + p²c²

Pour un photon, avec m = 0 :

E = hv = pc

Pour une particule de masse m au repos et donc p = 0 :

E = mc²

[masse m, moment p]

Si le photon avait une masse, il faudrait corriger une bonne partie de la mécanique quantique, physique faisant à ce jour un grand nombre de prédictions vérifiables.

Il y aurait des anomalies de force extrêmement importantes et le champ magnétique aurait un comportement tout à fait différent.

E=mc² veut dire que le photon a bien sur une masse.

Formule E=mc² qui n'est valable que pour des particules au repos, ce qui n'est jamais le cas pour un photon

E² = m²c4 + p²c²

Cas du photon, avec m = 0 :

E = (hv)² = pc

Je ne te suis pas là ^^ Pourquoi mets-tu E au carré ?

Donc E= hv = mc² est faux ?

Je ne te suis pas là ^^ Pourquoi mets-tu E au carré ?

Dans ce que tu viens de citer, j'ai fait une erreur. Il s'agit de hv, et non (hv)², mais j'ai rectifié dans mon message précédent.

L'équation E=mc² ne fonctionne pas pour un photon, et Einstein a bien pris en compte cette considération puisqu'il a lui même établit ces formules en sachant que le photon a une masse nulle. Vouloir démontrer que le photon a une masse en utilisant le formule E=mc², c'est détruire les bases sur lesquelles il a construit son raisonnement.

En effet si le photon a une masse, alors l'équation n'est plus valide, et toutes les mathématiques de la relativité restreinte et générale s'effondrent également.

Pour répondre à ta question, on met E² pour supprimer les racines.

Rappelons que la définition standard est : E = (mc²)/(racine(1-(v²/c²)))

Donc E= hv = mc² est faux ?

Oui c'est faux, à moins que l'on admette qu'une masse au repos non nulle et une masse au repos nulle soient la même chose.

Effectivement, il parait que les photons n'ont pas de masse. Cependant ils sont quand même déviés par les astres, que ce soit par le Soleil ou par la Terre. Cela serait dû aux déformations de l'espace-temps.

Par ailleurs, les photons vont à la vitesse de la lumière. Or pour pouvoir accélérer un objet, l'énergie nécessaire n'augmente de plus en plus au fur et à mesure qu'on se rapproche de la vitesse de la lumière, en plus de l'augmentation proportionnellement à la masse de l'objet. Il faudrait une énergie infinie pour arriver à la vitesse de la lumière.

Les photons font exception à cette règle et cela est possible parce qu'ils n'ont pas de masse.

D'ailleurs, l'énoncé de la formule E=mc² est un peu hâtif.

Toute personne ayant étudiée la physique peut énoncer correctement cette formule de la manière suivante :

Soient E l'énergie de masse en joule d'une particule de masse m en kg et c la célérité de la lumière dans le vide en m.s-¹ :

E = mc²

Donc toute personne ayant des bases en physique sait parfaitement que cette formule n'est pas applicable pour un photon.

Ainsi, vouloir démontrer que le photon ait une masse en se servant de la formule E=mc², c'est invalider la base qui a permit d'élaborer cette formule.

Cependant ils sont quand même déviés par les astres, que ce soit par le Soleil ou par la Terre. Cela serait dû aux déformations de l'espace-temps.

Tout à fait.

On parle en fait de "géodésiques".

Je trouve vos réponses très intéressantes merci ^^

Pouvez vous m'expliquer une nouvelle chose que je trouve étrange dans mon cours:

"Dans un champ électrique intense qui règne près du noyau des atomes, un photon incident peut se matérialiser sous forme d'une paire positon/électron à condition que l'énergie du photon incident soit supérieure à 1,022 MeV."

C'est un phrase qui concerne donc la création de paires. Nous avons vu plus tôt qu'un électron et un positon donnent 2 photons de 511 keV. Comment expliquer qu'un photon n'ayant pas de masse puisse se transformer en électron et positon (au contact d'un champ électrique intense c'est ça ?) ? Le fait que l'énergie doit être supérieure à 1,022 MeV c'est pour la création de 2 particules ayant une énergie supérieure à 511 keV ? Pourquoi pas moins ?

Et enfin, si l'hypothèse de transformation d'énergie en masse est vraie, comment expliquer cette transformation étant donné que nous avons vu que E=mc² ne s'applique pas au photon et que les formules le caractérisant ne stipulent pas de masse (E=hv=pc) ?

Voilà voilà encore merci ^^

PS: je trouve ce débat très constructif, ça me permet de ne pas apprendre des formules et des phrases par coeur sans comprendre (comme on nous demande de faire en médecine).

Un photon au repos, qui serait immobile, possède-t-il une fréquence?

Si il bouge dans l'espace qu'il occupe (fréquence) alors il n'est pas immobile ou au repos... et une fréquence nous donne un certain nombre de changements de son état... si son état change alors il ne se repose pas plus qu'il serait immobile...

Si il était vraiment immobile alors il n'aurait pas de fréquence... ça simplifie les calculs quand il y a un 0 d'impliqué.

Un photon n'a pas de masse car énergie pure, il à une fréquence car vibration de cette même base d'énergie. La seule masse qu'un photon peut avoir c'est celle qui en découle ou que le photon produit, mais en aucun cas celle dont le photon est habité. La vitesse de déplacement d'un photon génère de la masse par distortion quantique ou pas, le poids de son déplacement dans l'espace. Tout comme une image, le code à un poids que l'image n'à pas!

Comment une chose sans masse, peut-elle être soumise à la gravité ?

Exemple des trous noirs qui emprisonnent la lumière ?

Comment une chose sans masse, peut-elle être soumise à la gravité ?

Exemple des trous noirs qui emprisonnent la lumière ?

Les géodésiques.

Je trouve vos réponses très intéressantes merci ^^

Pouvez vous m'expliquer une nouvelle chose que je trouve étrange dans mon cours:

"Dans un champ électrique intense qui règne près du noyau des atomes, un photon incident peut se matérialiser sous forme d'une paire positon/électron à condition que l'énergie du photon incident soit supérieure à 1,022 MeV."

C'est un phrase qui concerne donc la création de paires. Nous avons vu plus tôt qu'un électron et un positon donnent 2 photons de 511 keV. Comment expliquer qu'un photon n'ayant pas de masse puisse se transformer en électron et positon (au contact d'un champ électrique intense c'est ça ?) ? Le fait que l'énergie doit être supérieure à 1,022 MeV c'est pour la création de 2 particules ayant une énergie supérieure à 511 keV ? Pourquoi pas moins ?

Je vais vous faire la même réponse lorsqu'on me l'avait déjà demandé.

Pas simple ce vous demandez, tout dépend à quel niveau de détail vous voulez allez et pouvez allez (?). Même si ça reste un processus élémentaire en QED, le calcul de bout en bout, de la cinématique, en passant par la dynamique et jusqu'à celui de la section efficace différentielle est tout de même fastidieux et nécessite la connaissance de bon nombre de choses : conservation de l'énergie en relativité, variables de Mandelstam, ça c'est pour la cinématique ; calcul du module au carré de la matrice de diffusion, qui nécessite la connaissance des règles de Feynman, de la détermination du nombre de graphes à calculer, quadrivecteur polarisation(pour le photon), formulation du quadrivecteur polarisation pour un champs extérieur(celui du noyau), solutions de l'équation de Dirac (pour l'e- et le e+), propagateur du photon(pas pour la production de paires) et d'un fermion, matrices de Dirac, calculs de traces des matrices de Dirac, ça c'est pour la dynamique (!) ; et enfin taux de transition, densité de l'espace de phase de Lorentz et expression de la section efficace en fonction du module au carré de la matrice de diffusion(ou matrice de transition) !!

Ca fait beaucoup de choses et il est en effet très difficile de trouver le calcul complet sur internet (et même dans la bibliographie). Le mieux serait d'avoir accès à un bon boucquin de QFT du genre le Peskin où pas de mal de réactions sont calculées de façon complètes.

Mais vous pouvez très bien commencer par la cinématique déjà. La production de paires est topologiquement(au niveau des diagrammes de Feynman) identique à la diffusion compton. Il en va de même de la cinématique, qui est celle d'une diffusion 2->2, et il est beaucoup plus facile de trouver le calcul de la cinématique de la diffusion Compton sur le net. Il faut faire le choix d'un référentiel(celui du centre de masse ou celui du noyau) et bien poser la conservation de la quadri-impulsion dans ce référentiel.(angles de diffusion en fonction de l'énergie et de l'impulsion des particules entrantes et sortantes, expression en fonction des variables de Mandelstam, etc....)

on ne parle pas de la masse du photon, tout au plus de sa trace.

Ce que l'on voit ou que l'on distingue n'est pas nécessairement présent et peut déjà avoir été vécu!

A cette échelle, le photon laisse une emprunte et on parle de celle-ci. Le photon en lui même n'est déjà plus quand on le raconte.

C'est comme parler de la masse d'un Arc-en-ciel, il est là devant et présent pour nos rétines alors qu'il n'est déjà qu'une réaction "digérée".

Une trace d'une réaction d'ou l'on ne peut que constater l'incidence (très belle d'ailleur^).

C'est vrai ce que tu dis, cela dit on peut appliquer le même raisonnement à toute perception. Il y a un facteur temps entre l'interaction et la perception, et toute image qu'on perçoit d'un objet le représente plus ou moins loin dans le passé. Ce qu'on appelle la réalité est la plupart du temps la reconstruction que notre cerveau en fait.

C'est sans oublier le fait que cette ''... trace d'une réaction d'ou l'on ne peut que constater l'incidence '' nous est offerte gracieusement par... les photons en soi... ceux qui circulent dans nos nerfs et alimentent le flot de nos pensées...

Il faut savoir anticipé dans ce cas... expérimenter par la pensée.

Vous parliez d'une variation de l'énergie ''...il à une fréquence car vibration de cette même base d'énergie...''

Donc ça implique que ce quelquechose nommé ''énergie'' voit sa quantité bougée et changer de forme... donc ce n'est pas au repos en soi puisque quelquechose ''vibre''... donc que ça bouge d'une façon ou d'une autre... ce ne serait donc pas au repos. Si ça arrête de vibrer alors ça n'a plus de fréquence... donc masse = 0 car E = 0... et il serait bon de se demander si ce serait encore un photon à ce moment étant donné qu'il n'aurais plus de fréquence pour le définir comme tel...

Il serait impossible pour le photon d'être réellement au repos, c'est ce qui expliquerait l'absence de masse théorique... est-ce lumineux.

Mais je fais surement fausse route... alors vous me direz si on a jamais ''arrêté'' un photon ou même si c'est possible de le faire...

En fait si on ''gelait'' un photon, on ne mesurerait aucune énergie dans un certain espace... la seule mesure serait le volume d'espace qu'il occuperait... à la limite on pourrait même considérer le photon comme de l'espace, il aurait le même poids qu'un ''quanton'' d'espace pur... Resterait à savoir quel poids l'espace aurait dans la balance.

Ben en fait je ne suis pas certain de ce que je vais avancer mais il me semble qu'on ne peut soit que donner l'emplacement du photon dans l'espace, soit sa vitesse ou fréquence de "vibration". L'une des mesures effaçant la trace de l'autre d'office. Si l'on mesure la trajectoire d'un photon, on perd sa notion de masse éventuelle ou de fréquence et si l'on mesure sa position, on perd les éléments déterminants et permettant de calculer sa trajectoire.

Je suppose que parles du principe d'incertitude Blablateur.

Cela dit, la vitesse et la fréquence d'un photon ne sont pas liés. La vitesse d'un photon est toujours égal à c, excepté quand il doit traverser de la matière, ce qui le ralenti. La lumière va à la vitesse maximum possible dans l'espace-temps. Pour ce qui est de la masse, photon n'en a pas. Si on s'en tenait à la formule d'habitude pour calculer la quantité de mouvement (en multipliant la vitesse par la masse), on trouverait que le photon n'en a pas.

Or il parait que la quantité de mouvement d'un photon est proportionnelle à la fréquence. Donc quand un photon rebondit et pousse un objet, il ne perd pas de la vitesse, mais de la fréquence.

Le principe d'incertitude dit que plus la mesure de la position est précise, plus la mesure de la quantité de mouvement est imprécise et vice versa. Alors dans le cas des photons, cela veut dire que plus la mesure de la position est précise, plus la mesure de la fréquence est imprécise et vice versa.