photon et onde hertizienne

[BLY51]

Bonjour
j'aime savoir Pourquoi le vocabulaire "photon" n'est-il pas beaucoup utilisé lorsqu'on parle d'ondes hertziennes, contrairement à la lumière, aux rayons X et aux rayons gamma
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[Gwinver]

Bonsoir.

Je crois que cela vient en partie du mode de génération de ces différents types d'ondes, ainsi qu'aux méthodes de calcul du rayonnement et de la propagation.
Les ondes hertziennes sont générées par des circuits et des composants discrets, le courant circule dans des conducteurs et les antennes sont analysées en considérant les courants qui y circulent.
En règle générale, les ondes lumineuses sont générées et manipulées de façon différente et il est bien plus commode de les considérer sous forme de photons que de courant dans des conducteurs.
A noter que les modes de calcul et de construction des équipements diffèrent avec la montée en fréquence.
Il est vrai que ces deux domaines ont tendance à se rejoindre actuellement avec la montée en fréquence des ondes radio avec le domaine des THz.

[coussin]

En complément à la réponse ci-dessus, je dirais que en ce qui concerne lumière, rayon X et rayon gamma il existe des processus atomiques (désexcitations électroniques et nucléaires) capables, en principe, de produire un photon unique correspondant.
Or, je ne connais pas de processus atomique pouvant produire un unique photon "hertzien", donc radio. Ces ondes sont produites par des antennes radio gigantesques jamais au niveau du photon unique (c'est complètement classique, jamais quantique).

[BLY51]

merci Gwinver et coussin

C'est étrange et cela me fait me poser beaucoup de questions, dont :

--Dans les rayons lumineux, par exemple, les photons sont produits par le passage des électrons dans les atomes, tandis que dans les ondes hertziennes, il est le résultat du passage des électrons dans les fils, ce qui signifie leur passage dans un groupe d'atomes. Est-ce correct ?

--Si l'énergie du photon est e=hcf, cela signifie que l'énergie des photons dans les ondes hertziennes est très faible. Cela signifie-t-il que pour transférer la même quantité d'énergie, nous avons besoin d'un grand nombre de photons ?

--Si l'énergie des photons est uniquement l'énergie cinétique, cela signifie-t-il que les photons des ondes hertziennes ont une masse plus petite que les photons de la lumière visible ?**

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

La production d'ondes radio par une antenne n'est pas vraiment dû directement au passage des électrons dans un groupe d'atomes...
Je ne saurais expliquer en détail ici mais c'est plutôt l'idée d'un dipôle oscillant. Regardez cette illustration : https://en.wikipedia.org/wiki/Antenn...e_distribution
En faisant circuler un courant alternatif dans une antenne, cela crée un excès de charges à un bout de l'antenne et un défaut à l'autre bout. Ce qui fait un dipôle. Et tout ça oscille.

Pour l'énergie, oui c'est une bête règle de trois. Il y a 16 ordres de grandeur entre un photon gamma et un photon radio. Il faut donc 10^16 photons radio pour avoir la même énergie qu'un seul photon gamma.

Les photons ont une masse nulle. Mais ils ont une quantité de mouvement. La quantité de mouvement d'un photon n'est pas mv comme on peut en avoir l'habitude... Celle-ci est proportionnelle à la fréquence pour un photon.

[Gwinver]

Bonsoir.
En complément des éléments donnés par Coussin.

--Dans les rayons lumineux, par exemple, les photons sont produits par le passage des électrons dans les atomes, tandis que dans les ondes hertziennes, il est le résultat du passage des électrons dans les fils, ce qui signifie leur passage dans un groupe d'atomes. Est-ce correct ?

Oui, mais le mécanisme est lié au champ magnétique généré par la circulation du courant. On pourrait avoir le même effet avec des électrons se déplaçant dans le vide, donc sans interaction avec les atomes.

--Si l'énergie du photon est e=hcf, cela signifie que l'énergie des photons dans les ondes hertziennes est très faible. Cela signifie-t-il que pour transférer la même quantité d'énergie, nous avons besoin d'un grand nombre de photons ?

Cette énergie est effectivement très faible. Je n'ai pas fait le calcul, mais il est très probable que l'énergie d'un seul photon soit tellement inférieure aux bruits de toutes sortes (y compris le bruit thermique) que la détection d'un seul photon soit impossible.
Le niveau d'énergie d'un "photon radio" est très largement inférieur au niveau nécessaire pour ioniser un atome, les ondes radio sont classées dans les rayonnements non ionisants.

[ThM55]

Imaginons un émetteur radio qui émet à 2,4 GHz et à une puissance RF de 100 mW.

Chaque photon a une énergie

Le nombre de photons émis par seconde par l'antenne (si on suppose une puissance constante pendant cet intervalle) est donc de



C'est énorme. En fait du point de vue quantique, à ce niveau le nombre de photons n'est pas bien défini. On est dans ce qu'on appelle des états cohérents, qui sont des superpositions d'états à des nombres de photons différents, allant même potentiellement jusqu'à l'infini. L'approximation classique est quasi parfaitement réalisée pour décrire ce champ. A noter que ces photons peuvent réaliser des transitions dans le spectre hyperfin de certains atomes, ou en résulter. Voir par exemple la définition SI de la seconde, à partir d'une transition hyperfine du césium 133. Il y a aussi la raie à 21 cm de l'hydrogène. Ce ne sont que quelques exemples.

[jiherve]

bonjour
donc a 1W on a environ une mole de photons @2.4GHz !
La détection de photon unique est possible, pas aisée mais possible.
JR

[coussin]

Une mole de photons, j'aime bien ce terme

[Gwinver]

Bonsoir.
Pour décongeler un plat préparé, il faut donc environ 1000 moles de photons

La détection de photon unique est possible, pas aisée mais possible.

Je serai curieux de savoir comment il est possible de générer et détecter un photon unique aux fréquences radio.

[jiherve]

re
pas en radio.
JR

[albanxiii]

Bonjour,

Pour une approche un peu rigoureuse : https://www.imnc.in2p3.fr/pagesperso....quant/RQ5.pdf
En particulier les chapitres "pour les amateurs de classique" et "ondes et particules, le crépuscule des deux".