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Physique quantique et causalité

25 novembre 2017, 06:41, par Robert Paris

Maurice Jacob répond à la question dans « Au cœur de la matière » :

« On dispose d’un formalisme qui combine la théorie quantique et la relativité, c’est la théorie quantique des champs. Ce formalisme permet aussi de maintenir la causalité, un effet ne pouvant jamais précéder sa cause, et cela malgré les fluctuations quantiques permettant des variations de l’énergie au cours de petits intervalles de temps et malgré la relativité qui introduit une malléabilité du cours du temps selon les vitesses relatives. Pour préserver la causalité, la théorie des champs impose l’existence d’antiparticules correspondant aux particules connues. Chaque particule (caractérisée par une masse et un spin) a une antiparticule, de même masse et de même spin, mais dont les variables internes ont la valeur opposée. Si la particule a une charge négative comme l’électron, l’antiparticule (le positron) aura une charge positive. Si la particule a une couleur comme le quark rouge, l’antiparticule aura l’anticouleur correspondante, soit antirouge et ainsi de suite pour les variables internes qu’il faut introduire pour caractériser la particule et que l’on appelle globalement ses « nombres quantiques »… La théorie des champs permit… à Fermi, en analogie avec l’électrodynamique et ses émissions de photons, de décrire la désintégration béta comme résultant de la création d’une paire électron-antineutrino au cours de la transformation d’un neutron en proton… Un photon ainsi produit peut se propager jusqu’à un autre point où il se couple de nouveau de la même façon au champ de l’électron. On a ainsi la base de l’interaction électromagnétique entre deux électrons, ce que l’on traduit par le graphe de Feynman. Nous voyons cependant maintenant qu’il décrit aussi bien la façon dont deux électrons ricochent l’un sur l’autre en échangeant un photon que la production d’une paire électron-positron suivant l’annihilation d’une autre paire en un photon, selon qu’on le lit de gauche à droite ou de haut en bas… Le photon échangé n’est pas un véritable photon. C’est ce qu’on appelle une particule « virtuelle » qui résulte d’une fluctuation quantique permise durant le temps très court entre l’émission et l’absorption. »

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