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Accueil du site > 02 - Livre Deux : SCIENCES > Atome : lois de la Physique ou rétroaction de la matière/lumière et du vide (...) > Un photon, c’est quoi ?!!!

Un photon, c’est quoi ?!!!

mercredi 6 décembre 2017, par Robert Paris

Qu’est-ce qu’un photon ? Un corpuscule de lumière ?!!

On parle souvent de photon lumineux mais cela ne couvre qu’une petite partie des fréquences possibles du photon, celles de la lumière visible. L’étrangeté du terme « photon » est qu’il sous-entend un corpuscule, qu’il est donc discontinu alors que la notion de fréquence fait penser à une onde qui est, au contraire, discontinue et occupe tout l’espace. C’est que, depuis la physique quantique, nous sommes amenés à ne jamais séparer ces deux types d’existence pourtant contradictoires.

Le photon, c’est le quantum du champ électromagnétique. Cela signifie que le champ électromagnétique (lumineux ou pas) est discontinu. L’expression « photon » signifie que l’on décrit la lumière (ou l’électromagnétisme) par un corpuscule, c’est-à-dire comme quelque chose de ponctuel. On a inventé le concept de photon quand on a vu que la lumière ne pouvait être absorbée ou émise que par quantités finies indivisibles.

Lumière et matière sont tous deux quantiques, c’est-à-dire qu’ils se comportent comme des paquets de grains, les quanta, contenant tous la même quantité d’un paramètre physique appelé « l’action » et qu’ils sont quantiques au sens qu’ils sont probabilistes et fondés sur la dualité onde/corpuscule.

Une des différences entre lumière et matière, c’est que la lumière a tendance à s’agglomérer (statistique de Bose) et la matière non (statistique de Fermi). C’est pour cela qu’on appelle le photon un boson et la particule de matière un fermion.

Le photon ne doit pas être conçu comme un « simple » objet, il n’a pas de position fixe, ni de trajectoire. Il ne répond pas à la continuité. Il est comme tous les corpuscules quantiques, contradictoire, à la fois ondulatoire et corpusculaire.

Les photons (appelés « lumière » ou radiation électromagnétique) sont constitués par le couplage d’une particule et d’une antiparticule virtuels (du vide quantique) qui, en échangeant sans cesse des interactions fondées sur le niveau inférieur, sont couplés.

La matière se couple avec les particules et antiparticules virtuelles du vide, en émettant des photons. La matière ne fait pas qu’émettre et recevoir des photons : après échange, la particule n’est plus la même et le photon n’est plus le même. La matière est électrisée comme le sont les particules et antiparticules virtuelles. En recevant ou en émettant un photon, la particule se couple avec l’un des éléments du couple particule/antiparticule du photon, celui qui est d’électricité opposée.

Les particules « réelles » ne relationnent pas par contact mais via des photons. Les particules virtuelles ne relationnent pas par contact mais via des photons virtuels qui sont constitués du couplage d’une particule et d’une antiparticule, qui sont appelés « virtuel de virtuel ».

L’émission de lumière par la matière est caractérisée ainsi : lorsqu’un de leurs électrons passe d’un état quantique à un autre, les atomes émettent ou absorbent un photon dont l’énergie est exactement égale à la différence d’énergie entre l’état de départ de l’électron et son état d’arrivée. Rajoutons l’effet photoélectrique : la lumière arrache des électrons à la matière.

De la matière peut se transformer en lumière comme dans le choc de deux particules suffisamment accélérées ou de la lumière se matérialiser. Cela montre que l’opposition entre matière et lumière n’a rien de diamétrale.

Par exemple, des photons qui ont une énergie moyenne supérieure à 1 MeV ont donc des énergies suffisantes pour réagir ensemble et former des paires d’électron-positron (anti-électron).

Lochak, Diner et Farge dans « L’objet quantique » :

« Einstein avait émis (en 1905), à partir des travaux de Planck, une hypothèse encore plus paradoxale que la sienne : il supposa que si les atomes absorbent et émettent de l’énergie lumineuse par paquets, par quanta, c’est que ces quanta se trouvent déjà dans la lumière : autrement dit, les ondes lumineuses continues transportent leur énergie sous forme discontinue, concentrée dans des corpuscules de lumière, qu’on appela photons. »

Etienne Klein dans « Sous l’atome, les particules » : « Un photon de lumière aiguë vient frôler un atome de matière. Fugace télescopage au fin fond du réel. En surgissent deux électrons, un de chaque signe, vifs et rapides comme l’éclair, enfin presque ; ils ralentissent, courbent leur trajectoire, lancent des photons ; s’ils se rencontrent à nouveau, ils fusionnent l’un dans l’autre puis disparaissent en remettant, comme leur dernier soupir, deux furtifs grains de lumière. »

Louis de Broglie : « Nous saurions beaucoup de choses, si nous savions ce qu’est un rayon lumineux. » Louis de Broglie dans « La physique nouvelle et les quanta » : « La découverte et l’étude du phénomène photoélectrique a réservé aux physiciens une très grande surprise. Ce phénomène consiste en ceci qu’un morceau de matière exposé à l’action d’une radiation de longueur d’onde suffisamment courte projette souvent autour de lui des électrons en mouvement rapide. La caractéristique essentielle du phénomène est que l’énergie des électrons expulsés est uniquement fonction de la fréquence de la radiation incidente et ne dépend nullement de son intensité. Seul le nombre des électrons dépend de l’intensité incidente. (..) Mr Einstein a eu, en 1905, l’idée très remarquable que les lois de l’effet photoélectrique indiquent l’existence pour la lumière d’une structure discontinue où les quanta interviennent. (…) Lorsqu’un électron contenu dans la matière recevra un grain de lumière, il pourra absorber l’énergie de ce grain et sortir de la matière où il était enfermé, à condition toutefois que l’énergie du grain de lumière soit supérieur au travail nécessaire à l’électron pour sortir de la matière. L’électron ainsi expulsé par l’action de la lumière possèdera donc une énergie cinétique égale à l’énergie du grain de lumière absorbée diminuée du travail dépensé pour sortir de la matière : cette énergie cinétique sera donc une fonction linéaire de la fréquence de la radiation incidente, le coefficient angulaire de la droite qui la représente étant numériquement égal à la constante de Planck. (…) Telle est l’interprétation des lois de l’effet photoélectrique proposée en 1905 par Einstein. Il l’avait appelée la théorie des quanta de lumière. Aujourd’hui nous l’appelons la théorie des photons, car nous avons donné aux grains de lumière le nom de photons. Depuis trente ans, l’existence du photon a reçu de nombreuses confirmations. (…) L’étude de l’effet photoélectrique des rayons X et gamma a permis de soumettre à une épreuve très rigoureuse l’exactitude de la relation photoélectrique d’Einstein (…) la découverte d’un autre phénomène est venu en 1923 fournir une nouvelle preuve de l’existence du photon. Nous voulons parler de l’effet Compton. On sait que, si une radiation vient frapper un corps matériel, une partie de l’énergie de cette radiation est, en général, éparpillée dans toutes les directions sous forme de radiation diffusée. La théorie électromagnétique interprète cette diffusion en disant que, sous l’influence du champ électrique de l’onde incidente, les électrons contenus dans le corps matériel entrent en vibration forcée et deviennent des sources de petites ondes sphériques secondaires qui diffusent ainsi dans toutes les directions une partie de l’énergie apportée par l’onde primaire. D’après cette interprétation, la vibration diffusée sous l’action d’une onde primaire monochomatique doit avoir très exactement la même fréquence que cette onde primaire. (…) Mais une étude plus précise de la diffusion des rayons X par la matière a permis de constater qu’à côté de la diffusion sans changement de fréquence prévue par la théorie électromagnétique, il se produisait une diffusion avec diminution d e fréquence tout à fait impossible à prévoir par le raisonnement classique. (…) La radiation diffusée a une fréquence variable avec l’angle de diffusion, mais indépendante de la nature du corps. diffuseur. Mr Compton, et presque en même temps Mr Debye, ont eu l’idée que ces lois pouvaient s’interpréter en assimilant la diffusion avec changement de fréquence à un choc entre un photon incident et un électron contenu dans la matière. Au moment du choc, il y a échange d’énergie et de quantité de mouvement entre le photon et l’électron et, comme l’électron peut en général être considéré comme presque immobile en comparaison du photon, c’est toujours le photon qui perd de l’énergie au profit de l’électron. La fréquence du photon étant proportionnelle à son énergie, il y a abaissement de la fréquence au moment du choc. (…) L’effet Compton a apporté à la théorie des photons une éclatante confirmation. (…) On peut encore citer comme confirmation de la conception des photons la découverte de l’effet Raman un peu postérieure à l’effet Compton. (…) Bref, depuis trente ans, l’hypothèse d’après laquelle l’énergie lumineuse présenterait une structure granulaire s’est montrée très féconde et il n’y a pas de doute qu’elle ne nous révèle un aspect essentiel de la réalité physique. (…) Mais comment imaginer l’existence de grains de lumière insécables alors que les expériences d’interférences montrent qu’on peut obtenir des trains d’onde cohérents de plusieurs mètres ? Si l’on suppose l’énergie lumineuse concentrée en grains bien localisés dans l’espace, comment comprendre l’existence même des interférences ? (...) La découverte de l’effet photoélectrique indiquait la nécessité de revenir vers une conception de ce genre (granulaire), mais en même temps, la forme même de la relation d’Einstein montrait qu’il fallait unir la conception granulaire et celle des ondes, de manière que les deux termes de la relation aient un sens physique. Il faut signaler une difficulté plus subtile. Dans les conceptions classiques, l’énergie d’un corpuscule est une grandeur qui a une valeur parfaitement déterminée. Par contre, dans la théorie du rayonnement, on ne peut jamais considérer un rayonnement comme strictement monochromatique : un rayonnement contient toujours des composantes dont les fréquences occupent un petit intervalle spectral, intervalle qui peut être très petit, mais ne peut être rigoureusement nul. C’est un fait sur lequel P. Planck a beaucoup insisté dans ses exposés sur la théorie du rayonnement. Dès lors, la relation d’Einstein qui égale l’énergie du corpuscule de lumière au produit par h de la fréquence de l’onde classique correspondante, a quelque chose de paradoxal puisqu’elle égale une quantité bien définie à une autre qui ne l’est pas. Le développement de la mécanique ondulatoire a montré plus tard quel était le sens véritable de cette difficulté. En résumé, l’hypothèse des photons, merveilleusement adaptée à l’interprétation de l’effet photoélectrique et de l’effet Compton, ne peut pas conduire à une théorie purement corpusculaire des radiations. (…) Un faisceau de lumière nous apparaît comme un flot de photons et une expérience d’interférence ou de diffraction devient à nos yeux une expérience où, par suite du dispositif employé, les photons se retrouvent répartis d’une manière non uniforme dans l’espace, étant concentrés dans les franges brillantes et fuyant les franges obscures. (…) dans ces expériences, les interférences se produisent, même quand les photons arrivent un par un sur le dispositif interférentiel. Force est donc d’admettre, pour expliquer dans ce cas l’obtention finale, après de longues poses, des figures usuelles d’interférences, que l’intensité de l’onde associée à chaque photon représente en chaque point la probabilité pour que le photon se trouve en ce point. Nous sommes ainsi amenés à passer d’un point de vue statistique à un point de vue probabiliste, et le principe des interférences nous apparaît comme un principe réglant les probabilités de localisation des photons. (…) Dans un atome quantifié, il existe une série de fréquences correspondant à des états stationnaires d’énergie quantifiée. Mais, pour un tel système, tout comme pour une corde vibrante, on peut très bien envisager un état quelconque formé par une superposition d’états stationnaires (…) On ne peut plus dire que l’atome est dans un de ses états stationnaires : il est en quelque sorte à la fois dans plusieurs états stationnaires, ce qui est évidemment incompréhensible avec les conceptions classiques. Avec le principe de décomposition spectrale, la difficulté est résolue dans un sens inattendu : l’atome dans l’état envisagé peut avoir l’une quelconque des valeurs quantifiées de l’énergie représentées dans le développement spectral de son onde et cela avec des probabilités proportionnelles aux intensités des composantes spectrales correspondantes. »

En 1905, Einstein fut le premier à proposer que la quantification de l’énergie soit une propriété de la lumière elle-même. Bien qu’il ne remette pas en cause la validité de la théorie de Maxwell, Einstein montre que la loi de Planck et l’effet photoélectrique pourraient être expliqués si l’énergie de l’onde électromagnétique était localisée dans des quanta ponctuels qui se déplaçaient indépendamment les uns des autres, même si l’onde elle-même était étendue continument dans l’espace. Dans son article, Einstein prédit que l’énergie des électrons émis lors de l’effet photoélectrique dépend linéairement de la fréquence de l’onde. Cette prédiction forte sera confirmée expérimentalement par Robert Millikan en 1916, ce qui lui vaudra – parallèlement à ses expériences sur les gouttes chargées – le prix Nobel de 1923. En 1909 et en 1916, Einstein montre que, si la loi de Planck du rayonnement du corps noir est exacte, les quanta d’énergie doivent également transporter une impulsion p = h / λ, ce qui en fait des particules à part entière. L’impulsion du photon a été mise en évidence expérimentalement par Arthur Compton, ce qui lui valut le prix Nobel de 1927.

Quand on parle de photon, on pense souvent à la lumière mais, en physique quantique, l’interaction électromagnétique entre particules matérielles est transmise par des photons. Le photon est donc une particule d’interaction. Pourquoi parler de particule et pas d’onde électromagnétique ? Eh bien, en fait, on parle des deux à la fois. Le photon a une réalité dialectique : à la fois onde et corpuscule. Il l’est plus ou moins suivant son énergie : lorsqu’un photon a beaucoup d’énergie, c’est-à-dire lorsque sa fréquence est très grande, il est pratiquement ponctuel. Sa probabilité de présence est très forte sur une petite région de l’espace et pratiquement nulle ailleurs. Mais lorsque son énergie diminue et que sa fréquence devient très basse, alors il cesse d’être localisable. Lorsqu’il est localisable, c’est un corpuscule et sinon, c’est une onde. En fait, c’est toujours les deux à la fois mais il peut être approximativement l’un ou l’autre dans certaines expériences et à certaines énergies.

Le photon n’est pas un objet fixe mais une dynamique du vide quantique issue des paires électrons-positons, c’est-à-dire de couples matière-antimatière.

On peut penser que le photon ne devrait pas être appelé corpuscule, ce terme étant réservé à la matière. Mais, en fait, le photon peut devenir matériel dans certaines circonstances… Le photon se transforme alors en particules massives.

Si, comme on le croyait, la lumière était une vibration électromagnétique dans l’éther semblable aux ondes sonores vibrant dans un milieu matériel, l’air, la lumière se propagerait avec une vitesse relative par rapport au vide, une vitesse de 300.000kilomètres par seconde. Mais une telle image, celle des ondes sonores par exemple, entraînerait des bizarreries impossibles. Ainsi, on ne pourrait pas regarder l’image de ce photon lumineux en déplacement dans un miroir. Pour aller au miroir, la lumière devrait aller à la même vitesse que le photon et elle ne pourrait pas être réfléchie. On ne peut pas raisonner sur quelque chose se déplaçant à la vitesse de la lumière comme on raisonne sur un objet, sur une chose. Cela rejoint d’ailleurs un peu les leçons que l’on peut tirer de l’expérience de Young : on ne peut pas raisonner sur les corpuscules de matière et de lumière comme s’ils s’agissait d’une chose, unique, précise, toujours identique à elle-même.

Marc Henry : « Le premier champ qui fut quantifié fut le champ électromagnétique car il existait déjà en physique classique. La théorie quantique du champ électromagnétique remonte au milieu des années 1920 lorsque les fondations de la mécanique quantique furent établies. La théorie de l’électrodynamique quantique fut conçue dès le départ pour rendre compte de la création et de la destruction des photons. Le photon émerge naturellement comme la quantum associé au champ électromagnétique dans le cadre de cette théorie. Par la suite, les physiciens durent inventer d’autres champs, qui sont parfaitement inconnus en physique classique, et qui peuvent être quantifiés pour expliquer l’existence d’autres particules que le photon. Il existe par exemple un champ qui peut créer ou détruire des électrons. »

En microphysique, les particules échangent des photons lumineux pour interagir. Ce phénomène fondamental de la matière/lumière a été interprété pour la première fois par les diagrammes de Feynman de l’électrodynamique quantique. Il s’agit du seul mode de description connu des interactions entre particules via les photons lumineux. Il a été vérifié par un grand nombre de calculs qui sont les plus précis de toute la physique. Cependant, pour bien des physiciens, la réalité des interactions révélées par Feynman n’est pas encore reconnu unanimement. En effet, elles nécessitent de reconnaître dans le vide un nombre infini de particules, d’antiparticules et de photons éphémères, appelés « virtuels » parce qu’ils sont trop fugitifs pour être mis en évidence par des mesures supérieures au temps de Planck. Les virtuels ne peuvent donc être mesurés par la matière/lumière. Au cours d’une transformation de matière/lumière, elles sont insensibles mais sont nécessaires au calcul et on est amené à supposer qu’elles apparaissent et disparaissent. Nous allons voir qu’au contraire les diagrammes de Feynman ne montrent pas que les corpuscules virtuels apparaissent et disparaissent mais que ce sont les corpuscules matériels dits réels qui apparaissent et disparaissent ! Ceux qui existent réellement sont donc les particules du vide et l’aspect réel, durable, n’est qu’une apparence, effet des interactions.

Ainsi, l’interaction électromagnétique, dite coulombienne, est le produit d’échanges de photons dits virtuels et l’interaction nucléaire suppose également des échanges virtuels. Feynman explique ainsi dans son cours de physique (chapitre Mécanique quantique) que "on a l’habitude de dire qu’il y a échange d’un électron "virtuel" quand l’électron doit sauter à travers une région de l’espace où il y a une énergie négative. Plus précisément, un "échange virtuel" signifie que le phénomène implique une interférence quantique entre un état avec échange et un état sans échange. (...) Yukawa a posé en hypothèse que la force entre deux nucléons est due à un effet d’échange similaire - mais dans ce cas, à l’échange virtuel, non pas d’un électron, mais d’une nouvelle particule qu’il a appelé "méson". Aujourd’hui, nous identifions le méson de Yukawa avec le pion qui se produit dans les collisions à haute énergie de protons ou d’autres particules."

Le photon considéré comme une petite masse m tournant à la vitesse c de la lumière à l’extrémité du rayon : R = c / 2 pi ν

Selon la relativité, la masse en mouvement d’un photon est donnée par la relation d’Einstein-Planck E = hν = mc². On en déduit le moment cinétique angulaire du photon L = m c R = m c / 2 pi ν

Le photon peut donc être modélisé comme un anneau en rotation de masse hν / c2 en accord avec son spin un. "Il faut bien dire que ces images géométriques trop précises ne sont pas appréciées des physiciens modernes".

Une onde lumineuse qui possède une couleur (donc une fréquence de vibration), une polarisation (donc un type de vibration) déterminés et qui, de plus, est cohérente (c’est-à-dire qu’elle possède une phase déterminée et que tous ses points vibrent soit à l’unisson soit avec des écarts de vibration constants), cette onde est porteuse d’un grand nombre de photons qui auront ces mêmes qualités en commun : on dira que ces photons sont cohérents, ou en phase. De plus, l’« esprit grégaire » des bosons fera que, si une telle onde lumineuse tombe sur un atome qui est capable d’émettre un photon de la même couleur que l’onde, celle-ci provoquera l’émission du photon qui viendra se joindre aux autres et augmentera l’intensité de la lumière en maintenant sa cohérence. C’est le phénomène d’émission stimulée de la lumière, découverte par Einstein (en 1916) et dont Louis de Broglie a prédit les propriétés de cohérence (en 1924).

Le photon, tout comme le corpuscule de matière, est un phénomène fondé sur le vide quantique. C’est un couplage d’une particule et d’une antiparticule qui a reçu une énergie suffisante pour que le phénomène reste durable alors que les couples virtuels du vide disparaissent. Le photon est un phénomène périodique dans lequel le cycle consiste dans la transformation : couple virtuel donne photon, puis redonne couple virtuel. Ce phénomène n’est durable que s’il correspond à un certain rapport entre espace et temps. C’est cela qui est appelé « vitesse de la lumière ». La signification de ce rapport distance sur temps est qu’il faut une certaine quantité de vide autour pour effectuer la transformation du cycle entre virtuel et photon avec suffisamment d’énergie. Dans ce sens, la lumière est, comme la matière, une forme d’organisation du vide inorganisé (ou moins organisé), qui permet une transmission durable de l’énergie alors qu’à la base les couples virtuels ne sont pas durables. La différence avec la durabilité de la matière (des particules), c’est que l’énergie est utilisée pour séparer durablement la particule de son antiparticule à laquelle elle restait attachée dans le vide. Cela se réalise par le fait que la particule réelle s’apparie avec une antiparticule proche au sein de son nuage (et devient ainsi virtuelle) et libère ainsi une autre particule qui passe ainsi de virtuelle à réelle. Le dipôle a été cassé par l’apport d’énergie appelé boson de Higgs.

Les corpuscules réels, qu’il s’agisse de photons ou de particules de masse, ne sont justement pas des objets vraiment réels, des « choses ». Ce qui est durable, c’est une structure, un phénomène et ses caractéristiques. Ce n’est pas le même corpuscule qui se contenterait de se déplacer. Le déplacement provient du fait que la propriété (et non un objet) saute d’une particule virtuelle à une autre ou d’un couple virtuel à un autre. Le fait que le phénomène dit « réel » (matière et lumière durables) soit modifié à petite échelle par les interférences du vide explique l’essentiel des étrangetés de la physique quantique.

Pour conclure…

Il n’y a pas si longtemps, les physiciens pouvaient penser que l’idée d’unifier lumière, chaleur, électricité, chimie (l’idée justement de l’électromagnétisme aujourd’hui considérée comme évidente…) était de la métaphysique. L’idée leur semblait bien trop révolutionnaire ! J.J. Thomson, un physicien en vue, écrivait en 1907 :

« Il est une partie des sciences physiques où les problèmes sont très semblables à ceux qui préoccupent les métaphysiciens. Pour certains, cet aspect de la physique est particulièrement excitant. Ils trouvent dans l’Univers physique, avec sa myriade de phénomènes et sa complexité apparente un problème inépuisable et irrésistible tant est grande la fascination qu’il exerce. Leur intelligence est piquée au vif par la diversité et la complexité qu’ils rencontrent autour d’eux et ils sont poussés à rechercher un point de vue où des phénomènes aussi divers que la lumière, la chaleur, l’électricité et l’action chimique, apparaîtraient comme différentes manifestations d’un petit nombre de principes généraux. »

On remarquera que cette affirmation péremptoire n’est pas bien loin… dans le temps… des idées renversantes d’Einstein sur la lumière, la matière.

Maurice Jacob dans « Au cœur de la matière » :

« Planck reçut le prix Nobel en 1918 pour sa découverte des quanta et Einstein le reçut en 1921 pour sa découverte de l’effet photoélectrique (une des plus brillantes démonstration expérimentale du comportement corpusculaire de la lumière ou photon – M et R).

La lumière dont toute l’optique du XIXe siècle avait confirmé le caractère ondulatoire, se trouvait avoir aussi une structure corpusculaire. Une onde est par essence étalée dans l’espace sur des dimensions macroscopiques. Et pourtant ses quanta, quand ils se manifestent, vont aller déloger des électrons localisés dans des dimensions atomiques.

Retenons ceci : les interactions électromagnétiques entre particules correspondent à des échanges de quanta donc à l’émission ou à l’absorption d’autres particules, un quantum d’énergie (par exemple, un photon, note M et R) se comportant en fait par bien des aspects comme une particule.

(…)

Prenons un électron qui, profitant des possibilités offertes par une fluctuation d’énergie, va émettre un photon. Il faut pour cela une certaine énergie mais nous savons qu’elle peut être disponible pour un temps assez court. L’électron émet un photon au temps t1 et en réabsorbe un au temps t2, le temps t2 étant alors dans le futur de t1… Il faudrait pour cela que l’électron puisse aussi avoir parfois une énergie négative mais c’est à exclure… C’est comme si l’on pouvait dépasser la vitesse de la lumière avec cette fluctuation quantique… L’électron émet un photon au moment t1 pour remonter le cours du temps et aller absorber un photon au moment t2 antérieur à t1… On dira qu’au temps t2, un photon a été absorbé en formant une paire électron-positron (un électron et son antiparticule). Le positron a suivi normalement le cours du temps, comme l’électron, pour aller annihiler l’électron initial au temps t1, naturellement plus tard, en produisant un photon au cours de l’annihilation. »

Marceau Felden dans « Sur la vitesse de la lumière » (ouvrage collectif « Dictionnaire de l’ignorance ») :

« L’universalité de la vitesse de la lumière dans le vide (généralement notée c), implique, par les lois de la physique qui s’en déduisent, que c’est aussi une « vitesse limite », celle de la propagation de l’énergie… L’étude de la vitesse de propagation de la lumière dans le vide, effectuée dans différents référentiels galiléens quelconques mais nécessairement locaux, conduit à une valeur numérique constante c = 299 792 458 mètres par seconde. Cette invariance résulte de la variation concomitante des étalons de longueur et de temps, ne faisant finalement que traduire la symétrie des observateurs. Et rien de plus puisque, par essence même, il n’est pas possible de mesurer quoique ce soit d’absolu dans quelques référentiels galiléens que ce soit… On ne connaît donc actuellement aucun argument expérimental déterminant qui imposerait irrémédiablement l’invariance de la vitesse de la lumière dans un vide stellaire exempt d’effets gravitationnels, et ceci quelles que puissent être les distances parcourues, les fréquences et les puissances mises en jeu. »

Maurice Jacob, dans « Au cœur de la matière » :

« L’interaction électromagnétique correspond à l’échange de photons qui se couplent aux particules chargées en fonction de la charge électrique, quelle que soit celle qui la porte… Prenons un électron absorbant un photon. Nous sommes déjà assez familiers avec les mécanismes quantiques pour savoir que le vide est animé par la création continuelle et la disparition rapide de paires électron-positron. Ce sont des paires virtuelles mais cela va compliquer notre processus d’absorption qui ne demande qu’un temps très bref durant lequel ces paires virtuelles ont bien le temps de se manifester. L’électron, de charge négative, va ainsi attirer les positrons de ces paires virtuelles en repoussant leurs électrons. « Approchant » de l’électron, le photon va ainsi le « voir » entouré d’un « nuage » de charge positive dû aux positrons virtuels attirés… C’est une version quantique de l’effet d’écran… Revenons à notre électron absorbant un photon tout en s’entourant d’un nuage virtuel contenant plus de positrons que d’électrons… Il se trouve que, dans le calcul quantique, l’effet principal peut être conçu comme la transformation du photon en une paire électron-positron, qu’il réabsorbe avant l’interaction. C’est le terme dominant de l’effet d’écran. »

La suite

Comment un photon peut devenir massif

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