PHOTONS

-photons

 

La théorie quantique des champs (QFT en anglais) a pour but d'expliquer les interactions  fondamentales à l'aide de relations entre les particules élémentaires. D'où la nécessité de supposer que les champs de forces d'interactions entre 2 entités induites de même nature sont dus à l'intervention de particules spécifiques, dites bosons de jauge

Une énergie élémentaire du milieu universel (énergie proche de point zéro) est une zone microscopique, représentable comme une boule d’énergie pure (bien sûr sans masse,  puisque ce n’est encore que de l’énergie non transformée) ayant une vibration propre.

Ce fragment d’énergie vibrante est dénommé boson de Higgs-h0 (premier boson de jauge)

Quand il est soumis au potentiel inducteur gravitationnel (qualité intrinsèque du vide), il y a création de masse, puisque :

énergie du boson de Higgs(dim° L2.M.T-2) / potentiel inducteur(dim° L2.T-2) = masse(dim° M)

Cette masse créée est portée par un nouveau boson type MBI (boson-véhicule, second type de boson de jauge) nommé ici photon

Ce photon va ensuite être transformé rapidement par un champ intermédiaire pour devenir un boson du champ médiateur, dit ici élastance électrique linéique éé(troisième type de boson de jauge). Ce dernier va enfin initier une force d’interaction (F) en se mariant avec 2 charges électriques >>> F = (Q1.Q2).éé  ou bien  F = (Q1.Q2).(z’/ l².W) qui est la loi de Coulomb,

où Q1 et 2 (en C) sont les 2 charges électriques, z’(m-sr/F) = inductivité et W = 4p stéradians

 

Il y a diverses appellations de photons, classées selon la fréquence de leur onde porteuse

les notations ci-dessous sont f(Hz)= fréquence/// l(m)= longueur d’onde/// EJ= énergie en Joule/// EéV= énergie en électronvolt

Valeurs approximatives (sauf pour la lumière, où les valeurs sont au contraire, précises)

--photons d’ondes EBF (ELF en anglais) : (f < 5 Hz)-(l=3.108)-(EJ=10-34)--EéV(10-15)

--photons d’ondes SBF (SLF en anglais) : (f=10)-(l=3.107)-(EJ=7.10-33)--EéV(10-14)

--photons d’ondes UBF (ULF en anglais): (f=102)-(l=3.106)-(EJ=7.10-32)--EéV(4.10-13)

--photons d’ondes TBF (VLF en anglais) : (f=103)-(l=3.105)-(EJ=7.10-31)--EéV(4.10-12)

--photons d’ondes BF (LF en anglais) ou grandes ondes r°: (f=104)-(l=3.104)-(EJ=7.10-30)--EéV(4.10-11)

--photons d’ondes MF (=petites ondes radio): (f=105)-(l=3.103)-(EJ=7.10-29)--EéV(4.10-10)

--photons d’ondes HF (=ondes courtes radio): (f=106)-(l=3.102)-(EJ=7.10-28)--EéV(4.10-9)

--photons d’ondes THF (VHF english = FM radio-T.V.): (f=107-(l=30)-(EJ=7.10-27)--EéV(4.10-8)

--photons hertziens (ondes ultra-courtes UHF pour micro-ondes,maser,radar) >>

(f=108)-(l=3)-(EJ=7.10-26)--EéV(4.10-7)

--photons d’ondes SHF pour micro-ondes & laser >>

(f=109 à 10)-(l=3.10-1 à -2)-(EJ=10-24 à 25)--EéV(10-5 à 6)

--photons d‘ondes EHF// micro-ondes, laser, rayons T(érahertz) >>

(f =1011 à 12)-(l=3.10-3 à -4)-(EJ=10-22/23)--EéV(10-4)

--photons d’infrarouge zone fréquence mini: (f=1013)-(l=3.10-5)-(EJ=7.10-21)--EéV(4.10-2)

--photons d’infrarouge zone fréquence maxi: (f =1014)--(l=3.10-6)--(EJ=10-20)--(EéV=10-1)

--photons de lumière rouge (f =4,3.1014)-(l=7.10-7)-(EJ=2,8.10-19)-(EéV=1,8)

--photons de lumière verte (f =5,7.1014)-(l=5,3.10-7)-(EJ=3,8.10-19)-(EéV=2,4)

--photons de lumière violette (f=7,9.1014)--(l=3,8.10-7)--(EJ=5,2.10-19)--(EéV=3,2)

--photons de l'ultraviolet proche……(f =1015)--(l=3.10-7)--(EJ=7.10-19)--(EéV=4,4)

--photons ultraviolet lointain (f =1016)--(l=3.10-8)--(EJ=10-17)--(EéV=44)

--photons rayons X ………...(f =1017 à 20)--(l=10-9 à -12)--(EJ=10-17 à -14)--(EéV=106 à 3)

--photons gamma en zone fréquence mini: (f =1021)--(l=3.10-13)--(EJ=10-13)--(EéV=106)

--photons gamma en zone fréquence maxi: (f =1022)--(l=3.10-14)--(EJ=10-12)--(EéV=107)

-rayons cosmiques: (f =1023 à 24)--(l=10-15 à -16)--(EJ=10-11 à -10)--(EéV=108 à 9)

En accélèrant artificiellement les particules, on peut atteindre jusqu’à1026 Hertz

 

Le photon est donc massique, alors que son créateur (boson de Higgs h0) ne l’est pas.

La masse du photon (supposé au repos) est calculable ainsi : le photon ayant la plus faible énergie est celui qui possède la plus grande longueur d’onde connue (c’est à dire

l = 3.108m) Sa masse (mph) est alors = h / c.l  soit mph ≈ 10-50 kg et ≈ 10-24 kg pour les plus énergétiques

 

Les preuves de la masse du photon sont:

-d’une part l’attraction entre 2 photons (découverte en 2013)

-l’attraction entre 3 photons (en 2018)

-le choc entre 2 photons g (d’une énergie > à 5.10-13 J chacun) crée occasionnellement de la matière (électron + positron, qui d’ailleurs se détruisent aussitôt, pour redonner un autre photon)

-la déviation des photons de lumière passant à proximité des astres

-la création de paire : dans le champ électrique d’un noyau ou d’un électron → le photon disparaît pour faire place à une paire électron-positron (fugacement).

 

La durée de vie du photon est très variable :

= 1025 s pour les photons venant du fond de l’univers

= 10-1 seconde pour un photon qui est renvoyé multiplement entre 2 miroirs  

= 10-24 s. pour les photons issus de la fluctuation du milieu universel (le vide)

 

Le nombre total de photons en service dans l'univers est (estimé) 109 fois supérieur au nombre de nucléons (ce qui donne environ 1087 photons) 

 

QUELQUES INTERACTIONS des PHOTONS avec la MATIERE

--effet Compton: un photon est diffusé par un électron libre ou faiblement lié >> l’énergie du photon incident est la somme de l’énergie du nouveau photon créé et de l’énergie cinétique de l’électron

--diffusion Rayleigh: le photon est diffusé sans perte d’énergie par un système électronique (atome)

--photodésintégration du noyau : le photon est absorbé par le noyau et une particule est émise en échange (p, n, etc…)

--effet photoélectrique: un photon est absorbé par un système électronique (d’un atome) → il cède toute son énergie >> un électron atomique est éjecté hors de l’atome avec une énergie cinétique égale à l’énergie du photon moins l’énergie de liaison de l’électron dans l’atome

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