Quadri-moment

En relativité restreinte, le quadri-moment est une généralisation du moment tridimensionnel classique à un espace-temps à 4 dimensions.



Catégories :

Théorie quantique des champs - Physique quantique - Relativité

Recherche sur Google Images :


Source image : www.ilnegoziodiangela.com
Cette image est un résultat de recherche de Google Image. Elle est peut-être réduite par rapport à l'originale et/ou protégée par des droits d'auteur.

Page(s) en rapport avec ce sujet :

  • Chapitre III : Les différentes particules les plus usuelles..... un propagateur identique à où m est la masse du boson est q le quadri - moment énergie transféré.... (source : physique.quantique.free)

En relativité restreinte, le quadri-moment est une généralisation du moment tridimensionnel classique à un espace-temps à 4 dimensions. Le moment est un vecteur de l'espace (donc le plus souvent à 3 dimensions) ; de la même manière, le quadri-moment est un quadrivecteur de l'espace-temps. Le quadri-moment covariant d'une particule avec un moment tridimensionnel \vec p = (p_x, p_y, p_z) et d'énergie E est


\begin{pmatrix}
p_0 \\ p_1 \\ p_2 \\ p_3 
\end{pmatrix} = 
\begin{pmatrix}
-E/c \\ p_x \\ p_y \\ p_z 
\end{pmatrix}

Le quadri-moment est fréquemment utilisé en calcul relativiste car c'est un vecteur de Lorentz. Cela sert à lui appliquer (assez) aisément des Transformations de Lorentz.

Norme de Minkowski : p2

En calculant la norme de Minkowski d'un quadri-moment, on obtient un invariant de Lorentz identique (à un facteur identique à la vitesse de la lumière c près) au carré de la masse au repos de la particule :

- |p|ˆ2 = - \etaˆ{\mu\nu} p_\mu p_\nu = {Eˆ2 \over cˆ2} - |\vec p|ˆ2 = mˆ2cˆ2

en utilisant la convention du dispositif mondial d'unités :

\etaˆ{\mu\nu} = \begin{pmatrix}
-1 & 0 & 0 & 0\\
0 & 1 & 0 & 0\\
0 & 0 & 1 & 0\\
0 & 0 & 0 & 1
\end{pmatrix}

qui est l'inverse du tenseur métrique[1] en relativité restreinte. Puisque |p|ˆ2\! est un invariant de Lorentz, sa valeur reste inchangée par transformations de Lorentz, c'est-à-dire par plongement dans différents référentiels.

Relation avec la quadrivitesse

Pour une particule pourvue de masse, le quadri-moment est donné par la masse au repos fois la quadrivitesse  :

p_\mu = m \, \eta_{\mu\nu} Uˆ\nu\!

où la quadrivitesse est


\begin{pmatrix}
Uˆ0 \\ Uˆ1 \\ Uˆ2 \\ Uˆ3 
\end{pmatrix} = 
\begin{pmatrix}
\gamma \\ \gamma vˆx \\ \gamma vˆy \\ \gamma vˆz 
\end{pmatrix}

et \gamma = \frac{1}{\sqrt{1-(\frac{v}{c})ˆ2}} est le facteur de Lorentz et c est la vitesse de la lumière.

Conservation du quadri-moment

La conservation du quadri-moment dans un référentiel donné[2] implique deux lois de conservations pour des quantité dites classiques :

  1. La quantité totale d'énergie E = - p0 est invariante.
  2. Le moment classique tridimensionnel \vec p reste invariant.

On notera au passage que la masse d'un dispositif de particules peut être supérieure à la somme des masses des particules au repos, à cause de l'énergie cinétique. A titre d'exemple, prenons 2 particules de quadri-moment {-5 Gev, 4 Gev/c, 0, 0} et {-5 Gev, -4 Gev/c, 0, 0} ayant chacune une masse au repos de 3 Gev/c2 mais leur masse totale (soit toujours la masse du dispositif) est de 10 Gev/c2. Si ces 2 particules entrent en collision et fusionnent, la masse de l'objet ainsi constitué est de 10 Gev/c2.

Une applicaton pratique en physique des particules de la conservation de la masse au repos permet, à partir des quadri-moments pA et pB de 2 particules créées par la désintégration d'une particule plus grosse ayant un quadri-moment q, de retrouver la masse de la particule d'origine. La conservation du quadrimoment donne qμ = pAμ + pBμ, et la masse M de la particule d'origine est donnée par -|q|2 = M2c2. En mesurant l'énergie et les 3-moments des particules résultantes, on peut calculer la masse au repos du dispositif des 2 particules qui est identique à M. Cette technique est surtout utilisée dans les recherches expériementales sur le boson Z dans les accélérateur de particules.

Si la masse d'un objet ne change pas, le produit scalaire de Minkowski de son quadri-moment et de la quadri-accélération correspondante Aμ est nul. L'accélération est proportionnelle à la dérivée temporelle du moment divisée par la masse de la particule :

p_{\mu} Aˆ{\mu} = p_{\mu} \frac{d}{dt} \frac{\etaˆ{\mu\nu} p_{\nu}}{m} = \frac{1}{2m} \frac{d}{dt} |p|ˆ2 = \frac{1}{2m} \frac{d}{dt} (-mˆ2cˆ2) = 0 .

Moment canonique en présence d'un champ électromagnétique

Il est aussi utile de définir un moment "canonique" (à 4 dimensions), pour des applications en mécanique quantique relativiste : Pμ, qui est la somme du quadri-moment et du produit de la charge électrique avec le potentiel (qui est un vecteur à 4 dimensions)  :

 P_{\mu} = p_{\mu} + q A_{\mu} \!

où le 4-vecteur potentiel est une combinaison entre le potentiel scalaire et le potentiel vecteur du champ magnétique :


\begin{pmatrix}
A_0 \\ A_1 \\ A_2 \\ A_3 
\end{pmatrix} = 
\begin{pmatrix}
-\phi \\ A_x \\ A_y \\ A_z 
\end{pmatrix}

Voir aussi

Notes

  1. Le tenseur métrique est en fait défini à un signe près. On trouvera dans certains ouvrages la convention ημν = (+, −, −, −) au lieu de la convention ημν = (−, +, +, +) adoptée dans cet article. Les résultats physiques sont bien entendu les mêmes quelle que soit la convention choisie, mais il faut prendre garde de ne pas les mélanger.
  2. La conservation du quadri-moment veut dire que dans un référentiel donné, le quadri-moment total pν d'un dispositif isolé est conservé. Quand on change de référentiel, le quadri-moment subit une transformation de Lorentz : pˆ\mu={\Lambdaˆ\mu}_\nu pˆ\nu. Le nouveau quadri-moment pμ est à son tour conservé dans ce nouveau référentiel, mais n'est pas identique à pν.

References

Recherche sur Amazone (livres) :




Ce texte est issu de l'encyclopédie Wikipedia. Vous pouvez consulter sa version originale dans cette encyclopédie à l'adresse http://fr.wikipedia.org/wiki/Quadri-moment.
Voir la liste des contributeurs.
La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 13/04/2009.
Ce texte est disponible sous les termes de la licence de documentation libre GNU (GFDL).
La liste des définitions proposées en tête de page est une sélection parmi les résultats obtenus à l'aide de la commande "define:" de Google.
Cette page fait partie du projet Wikibis.
Accueil Recherche Aller au contenuDébut page
ContactContact ImprimerImprimer liens d'évitement et raccourcis clavierAccessibilité
Aller au menu