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  • Des particules aux ondes

  • La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques qui s'opposent à celle de physique classique, cette dernière ayant échoué dans la description de l'infiniment petit (atomes, particules) et dans celle de certaines propriétés du rayonnement électromagnétique.
    La physique quantique comprend : l'ancienne théorie des quanta, les postulats de la mécanique quantique, la mécanique quantique non relativiste, la physique des particules, la physique de la matière condensée, la physique statistique quantique, la chimie quantique, les théories candidates à une description de la gravité quantique.
La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques qui s'opposent à celle de physique classique, cette dernière ayant échoué dans la description de l'infiniment petit (atomes, particules) et dans celle de certaines propriétés du rayonnement électromagnétique.
La physique quantique comprend : l'ancienne théorie des quanta, les postulats de la mécanique quantique, la mécanique quantique non relativiste, la physique des particules, la physique de la matière condensée, la physique statistique quantique, la chimie quantique, les théories candidates à une description de la gravité quantique.
 #38363    par Tutiou
 lundi 22 février 2016 à 21:24
bongo a écrit :Le spin est une propriété qui n'a pas d'équivalent classique. On se représente cela comme une particule tournant sur elle-même. L'analogie classique a des limites, on ne peut pas parler de rotation pour des particules que l'on considère comme ponctuelles.


Donc le spin (qu'on se représente comme une rotation de la particule) ne peut pas être nous être représenté avec nos sens ? La rotation est juste une image ?
 #38365    par bongo
 lundi 22 février 2016 à 23:19
Exact.
L'un des cas les plus bizarres, c'est le spin 1/2 de l'électron. Est-ce que tu arrives à te représenter une particule de spin 1/2, lorsqu'on applique une rotation de 2pi, on n'obtient pas la même chose ? Pour obtenir la même chose, il faut faire une rotation de 4pi, soit 2 tours.
 #38368    par Madarion
 mardi 23 février 2016 à 00:11
Donc le spin (qu'on se représente comme une rotation de la particule) ne peut pas être nous être représenté avec nos sens ? La rotation est juste une image ?


Et une flèche dans un espace tridimensionnelle ?
 #38375    par bongo
 mardi 23 février 2016 à 15:12
Tutiou a écrit :Donc le spin (qu'on se représente comme une rotation de la particule) ne peut pas être nous être représenté avec nos sens ? La rotation est juste une image ?
En fait je me rends compte que ma réponse n'était pas assez complète. On peut simplement se représenter l'électron comme une sphère, ou une boule uniformément chargée.

Cependant, cela ne permet pas de rendre compte d'un certain nombre de phénomènes tels que l'expérience de Stern et Gerlach par exemple. Elle a mis en évidence un moment magnétique pour l'électron. Pour qu'un électron ait un moment magnétique, il faut que la charge que porte l'électron soit en mouvement. C'est pourquoi la vision la plus naturelle est d'envisager une rotation de l'électron sur lui-même.
 #38379    par Tutiou
 mardi 23 février 2016 à 21:34
bongo a écrit :Exact.
L'un des cas les plus bizarres, c'est le spin 1/2 de l'électron. Est-ce que tu arrives à te représenter une particule de spin 1/2, lorsqu'on applique une rotation de 2pi, on n'obtient pas la même chose ? Pour obtenir la même chose, il faut faire une rotation de 4pi, soit 2 tours.


Ah oui, j'en ai déjà entendu parlé !

C'est encore un peu confus pour moi. Ce que je comprends, c'est qu'avec le spin 1/2 de l'électron, s'il on prend une photo de sa face et qu'il fasse une rotation de 2pi et qu'on reprend une photo, on n'aurait pas la même chose. C'est ça ?

bongo a écrit :On peut simplement se représenter l'électron comme une sphère, ou une boule uniformément chargée.

Cependant, cela ne permet pas de rendre compte d'un certain nombre de phénomènes tels que l'expérience de Stern et Gerlach par exemple. Elle a mis en évidence un moment magnétique pour l'électron. Pour qu'un électron ait un moment magnétique, il faut que la charge que porte l'électron soit en mouvement. C'est pourquoi la vision la plus naturelle est d'envisager une rotation de l'électron sur lui-même.


Et tant que j'y suis, j'ai déjà entendu que la vitesse d'un point sur l'électron approcherait la célérité de la lumière, voire la dépasserait. Est-ce que c'est quelque chose qu'on peut déterminer ?

A première vu, je dirais non comme c'est une représentation que nous nous faisons (le spin). Mais comme tu dis que la charge de l'électron soit en mouvement pour qu'il y ait moment magnétique, je me dis que c'est finalement possible. Mais ça ne serait qu'une représentation de quelque chose dont nous savons qu'elle n'est pas "proche" de la réalité (pour de pas dire "réelle") ?
 #38395    par bongo
 mercredi 24 février 2016 à 11:01
Tutiou a écrit :Ah oui, j'en ai déjà entendu parlé !

C'est encore un peu confus pour moi. Ce que je comprends, c'est qu'avec le spin 1/2 de l'électron, s'il on prend une photo de sa face et qu'il fasse une rotation de 2pi et qu'on reprend une photo, on n'aurait pas la même chose. C'est ça ?
Oui exact, en fait quand tu fais une rotation de 2pi, la fonction d'onde qui décrit l'électron devient son opposé (ça veut dire que quand tu avais une valeur en un point, omega, et bien en faisant une rotation de 2pi, la fonction d'onde prend la valeur -omega au même point).

Tutiou a écrit :
bongo a écrit :On peut simplement se représenter l'électron comme une sphère, ou une boule uniformément chargée.

Cependant, cela ne permet pas de rendre compte d'un certain nombre de phénomènes tels que l'expérience de Stern et Gerlach par exemple. Elle a mis en évidence un moment magnétique pour l'électron. Pour qu'un électron ait un moment magnétique, il faut que la charge que porte l'électron soit en mouvement. C'est pourquoi la vision la plus naturelle est d'envisager une rotation de l'électron sur lui-même.


Et tant que j'y suis, j'ai déjà entendu que la vitesse d'un point sur l'électron approcherait la célérité de la lumière, voire la dépasserait. Est-ce que c'est quelque chose qu'on peut déterminer ?
Oui un calcul classique a été fait, et on obtiendrait pour je ne sais plus quel rayon de l'électron (peut-être la longueur Compton) une vitesse supérieure à celle de la lumière. Mais bon, on sait très bien que la physique classique ne marche pas là.

Peut-être en prenant en compte la relativité, on aurait une valeur admissible, mais bon le problème vraiment est que l'électron ne semble pas avoir de diamètre. Aujourd'hui on le considère comme ponctuel.

Tutiou a écrit :A première vu, je dirais non comme c'est une représentation que nous nous faisons (le spin). Mais comme tu dis que la charge de l'électron soit en mouvement pour qu'il y ait moment magnétique, je me dis que c'est finalement possible. Mais ça ne serait qu'une représentation de quelque chose dont nous savons qu'elle n'est pas "proche" de la réalité (pour de pas dire "réelle") ?
En fait le spin est encore plus bizarre que ça. Prenons un exemple classique : un ballon en rotation.

Imagine que le ballon ne peut pas tourner à n'importe quelle vitesse sur son axe, la valeur de son moment cinétique est quantifiée (disons qu'il peut tourner à 1 tr/s ou 2 tr/s mais jamais à 1.5 tr/s).

Connaissant sa valeur en norme (comme pour un vecteur), tu sais que l'axe de rotation du ballon peut pointer dans n'importe quelle direction. D'ailleurs, comme un vecteur, tu peux par exemple décomposer son vecteur moment cinétique sur les 3 axes usuels (x,y,z). A priori, si tu choisis bien tes axes, tu peux faire en sorte que sur l'axe des x ou y, la composante du moment cinétique soit nulle, et que l'axe soit aligné avec l'axe des z.

Et bien pour le spin... c'est impossible. Si tu choisis un axe, tu observes forcément des valeurs discrètes, il n'y a pas de demi-mesure.

De plus, en classique, tu te dis que tu pourrais observer le moment cinétique simultanément sur tous les axes. Ce n'est pas le cas en mécanique quantique, si tu observes le moment cinétique sur l'axe des x, tu perturbes ce qui se passe sur les autres axes.

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