Vide quantique

Vide quantique
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Pour le physicien le vide a toujours été une notion extrêmement difficile à définir. La physique quantique, en particulier, vient compliquer la définition du vide. Il est possible de considérer qu'un système dans le vide est isolé, c’est-à-dire non perturbé par une force extérieure. Néanmoins la mécanique quantique prévoit de nombreux effets apparaissant dans le vide, on parle alors de vide quantique.

Sommaire

Inégalité d'Heisenberg

Les inégalités d'Heisenberg (plus connues sous le nom de principe d'incertitude) sont une conséquence directe de la dualité onde-corpuscule. L'une d'elle permet d'écrire : \Delta E \Delta t \geq \hbar où \hbar est la Constante de Planck normalisée. Cette équation signifie que le produit de l'incertitude sur l'énergie par l'incertitude sur le temps est obligatoirement supérieur à une valeur non nulle. Ce qui veut dire qu'il est possible d'emprunter de l'énergie au vide pendant un temps très court. C'est ce mécanisme qui est à l'origine des fluctuations du vide.

Fluctuation du vide et création de paires de particules

L'équation la plus célèbre de la physique E = mc2 traduit l'équivalence entre masse et énergie. Donc en empruntant de l'énergie au vide il est possible de créer des particules massives. Ce mécanisme est à l'origine de l'apparition de paires de particules virtuelles. Ainsi en mécanique quantique le vide est rempli de particules virtuelles apparaissant pendant un temps très bref avant de disparaître. Ces particules virtuelles apparaissent en théorie quantique des champs : leurs effets impliquent des corrections sur les calculs, dans les théories dites renormalisables. Ces calculs relativement compliqués sont bâtis sur des règles : les règles des diagrammes de Feynman. Celles-ci viennent d'être comprises par des travaux de Pierre Cartier et Alain Connes.

Fluctuation du vide et force de Casimir

Article détaillé : force de Casimir.

La manifestation expérimentale la plus flagrante des fluctuations du vide est la force de Casimir. Entre deux miroirs plans parfaits s'exerce une force attractive qui a pour origine les fluctuations du vide. C'est aujourd'hui un fait expérimental parfaitement vérifié.

Fluctuation du vide et décalage de Lamb

Article détaillé : décalage de Lamb.

Le premier effet observé des fluctuations du vide est le dédoublement des raies d'émissions dans les spectres atomiques. Ce dédoublement crée des particules virtuelles qui peuvent interagir avec des particules réelles.

Fluctuation du vide et rayonnement

Stephen Hawking explique également l'évaporation des trous noirs à l'aide des fluctuations du vide. Sous l'effet de l'intense champ gravitationnel de ces astres, le vide quantique se trouve affecté, ce qui entraine l'apparition d'un rayonnement de corps noir.

L'effet Unruh repose également sur une interprétation des fluctuations du vide. Le décalage vers le rouge des photons virtuels, dû à une accélération uniforme entraine l'apparition d'un rayonnement de corps noir.

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

  • Timothy Boyer, « le vide classique », dans Pour la science, octobre 1985 
  • Serge Reynaud, « la lumière comprimée », dans la Recherche, février 1990 

Liens externes

v · Théorie quantique des champs
Concepts fondamentaux Théorie de jauge · Théorie des champs · Transformations de Poincaré · Mécanique quantique · Brisure spontanée de symétrie ·
Symétries (en) Croisements · Symétrie C · Parité · Symétrie T ·
Outils Anomalie · Axiomes de Wightman · Théorie effective · Valeur moyenne dans le vide · Champ fantôme de Faddeev–Popov-DeWitt · Diagramme de Feynman · Théorie de jauge sur réseau · Formule de réduction de LSZ · Fonction de partition · Propagateur · Quantification · Renormalisation · Vide quantique · Théorème de Wick
Equations Équation de Dirac · Équation de Klein-Gordon · Action de Proca · Equation de Wheeler–DeWitt ·
Modèle standard Interaction électrofaible · Mécanisme de Higgs · Chromodynamique quantique · Électrodynamique quantique · Théorie de Yang-Mills · Diagramme de Feynman
Théories incomplètes Gravité quantique · Théorie des cordes · Supersymétrie · Technicolor · Théorie du Tout ·
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Diagrammes de Feynman - Histoire de la théorie quantique des champs

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