Évaporation des données dans le trou noir du buzz mediatique

... mais distillation* de l'information grâce aux blogs scientifiques ;-)

http://backreaction.blogspot.fr/2014/01/if-it-quacks-like-black-hole.html

http://profmattstrassler.com/2014/01/30/did-hawking-say-there-are-no-black-holes/

//ajout du 01/02/14 et édition du 02/02/14
Sans oublier la part des anges (attention l'un d'eux sait aussi faire la bête hélas ;-)

*Il faudrait préciser distillation  fractionnée car il y a plusieurs plateaux ou niveaux dans l'analyse des enjeux autour de la diffusion et la médiatisation grand public d'un bref mémo de Steven Hawking sur le problème du devenir de l'information quantique lors de l'évaporation d'un trou noir.

Pour continuer à filer la métaphore, disons qu'après la double distillation précédente, vient la maturation mais aussi l'évaporation, dont le fruit est ce qu'on appelle la part des anges, celle avec laquelle on s'enivre le plus de discussion physique pointue, argumentée mais aussi - et là est le risque - spéculative : cette part des anges donc se trouve peut-être bien là :

http://motls.blogspot.fr/2014/02/reactions-to-hawkings-black-hole-denial.html

Qu'est-ce que la science (post)moderne ?

Sans commentaire // ou presque (20^ème épisode)

//Commençons par une célèbre formule qu'on ne doit peut-être pas à qui on croit...

Measure what is measurable, and make measurable what is not so.

Galileo Galilei (folklore?)  

Although Galileo is quoted with these words in a large number of publications, the authenticity of the sentence is highly dubious because no one has ever provided a precise bibliographical reference for where to find it in Galileo’s works. Galileo’s alleged rule about measurement can be traced back to the works of two nineteenth century French scholars. This phrase was subsequently picked up by some internationally renowned scientists, who were responsible for its dissemination in German and English books and articles. The two English versions of the measurement quotation published by Hermann Weyl in the late forties of the last century strongly contributed to its worldwide diffusion. The sentence was even re-translated into German and French, and in recent scientific textbooks it is frequently used in order to characterize the methods of modern science. Notwithstanding its increasing popularity, referring to this expression as a quotation from Galileo is a striking example of academic sloppiness.

Kleinert Andreas, Der messende Luchs : Zwei verbreitete Fehler in der Galilei-Literatur 2009

//Où l'on voit que la pression pour publier et communiquer de façon attrayante pousse parfois des gens a priori sérieux et rigoureux à faire des citations non étayées ...

//Passons à une très récente illustration possible de la formule précédente qui est supposée caractériser la Science Moderne; celle-là même qui naît avec Galilée et rend compréhensible le réel empirique par des concepts a priori impossibles (le principe d'inertie) validés par des expériences incroyables (dans le vide un marteau tombe à la même vitesse qu'une plume) mais difficiles à réaliser.

One of the striking and longstanding problems of fundamental physics is the irreconcilability among the two main theories of last century, General Relativity and Quantum Theory. A manifestation of this tension is the value that quantum field theory attributes to the vacuum energy density, enormously larger than the value constrained from General Relativity by considering the radius of our universe. This problem, known as the cosmological constant problem, has been faced over the last decades with deep theoretical investigations, following also the evolution of the most important quantum gravity theories, like string theories, loop quantum gravity and many others. None of the theoretical efforts has so far succeeded in finding a consensual solution, so that it is still questionable whether vacuum energy does interact with gravity, and what is its contribution to the cosmological constan. In spite of the common belief by the scientific community in the existence of an interaction between vacuum energy and gravity, not a single experimental test of this interaction exists. About a decade ago, it was pointed out that a possible way to verify the interaction of vacuum fluctuations with gravity was to weight a (suitably realized, layered) rigid Casimir cavity. At that time it was yet unclear whether Casimir energy could be modulated in a rigid cavity. Furthermore, the most important macroscopic detectors of exceedingly small forces, the gravitational wave detectors with which we compared our force, were still under construction. Nowadays, thanks to many activities in the various fields mentioned, the situation has been remarkably improved so that it is possible to step from the initial idealistic experiment to a road map towards the measurement of the effect. 

Enrico Calloni et al,  Towards measuring the Archimedes force of vacuum, 27/01/2014

//Il reste à vérifier que le contenu de cet article n'est pas lui aussi un exemple de négligence académique ;-)
(ce billet a été légèrement remanié le 01/02/2014)

Est-ce bien naturel de demander à une théorie physique d'être ... naturelle ?

Rubrique dévissage 

Vous avez dit naturel ?

Le billet précédent exposait deux critiques de la pertinence du concept de naturalité pour l'élaboration de théories physiques plus fondamentales. Celui-ci évoquera au contraire quelques éléments d'une argumentation très précise en faveur de ce concept par James D. Wells, un physicien qui a beaucoup réfléchi sur cette question récemment. Commençons par le début avec une définition qui distingue deux aspects du concept de naturalité :

Formulating the question of whether Naturalness is a useful concept suffers from imprecision if we do not define the term explicitly, yet broadly enough to capture all its needed usage. Let us begin with what we call Absolute Naturalness. A theory has Absolute Naturalness if all dimensionless parameters and the ratio of any dimensionful parameters have explanation in terms of O(1) parameters. A parameter possesses Absolute Naturalness with respect to the rest of the theory if it can be explained by O(1) parameters. There can be difference of opinion about the precise range of values O(1) implies, but when it is helpful to think precisely about the value let us say O(1), or its inverse, can be as low as 10⁻³. An example of a parameter that is Absolutely Natural is Λ_QCD in quantum chromodynamics. Λ_QCD∼1GeV is Natural in this sense despite it being eighteen orders of magnitude smaller than the Planck scale (M_Pl∼10¹⁸GeV) because it can be explained by an O(1) parameter (strong coupling constant) near M_Pl, which upon renormalization group flow to the infrared diverges at E∼Λ_QCD. [...]

There is another notion of Naturalness that has been articulated from at least the early 1980’s, which is called Technical Naturalness, or sometimes ‘t Hooft Naturalness (‘t Hooft 1980). A theory has Technical Naturalness even if some parameters are small, if an enhanced symmetry develops when the small parameter is taken to zero. For example, a very light fermion mass is Technically Natural since an enhanced chiral symmetry emergences when the mass is taken to zero. In quantum field theory this protects the small parameter from any large quantum correction, and the small value is technically stable.

James D. Wells, The Utility of Naturalness, and how its Application to Quantum Electrodynamics envisages the Standard Model and Higgs Boson, 15/05/13

Mais c'est bien naturel !
On poursuit ici avec une illustration de l'efficacité du concept de naturalité au sens technique du terme tirée d'un exemple historiquement reconnu.

Assuming Naturalness as a law of nature imposes very strong constraints on model building. In the case of the Higgs boson, it leads not only to ideas like supersymmetry, which protects the Higgs boson from having a large mass, but the devotion one has to strict Naturalness leads to radically different hypothesized superpartner spectra.

In the past, Technical Naturalness has been used to understand experimental results that have already been measured. [...]

For example, the masses of the pions, proton and neutron are understood well from symmetries and Technical Naturalness. We know from asymptotic freedom of quantum chromodynamics (QCD) that the perturbative gauge coupling in the ultraviolet flows to strong value at the low scale and confinement happens at Λ_QCD∼1 GeV. This gives the characteristic scale of the hadrons in the theory, and the proton and neutron obtain mass approximately equal to this scale. However, the pion masses are much lower, and can be understood as the Goldstone bosons of SU(2)_L×SU(2)_R → SU(2)_V flavor symmetry breaking. The mass is exactly zero when there are no explicit quark masses in the theory, and this “hierarchy” is very well understood. Furthermore, few are distressed that the proton mass mp ∼ 1 GeV is much less than the Planck mass M_Pl∼10¹⁹ GeV = (G_N)^-1/2. The reason is as stated earlier: an O(1) number, namely the QCD gauge coupling, is an input at some high scale that through renormalization group flow generates an exponentially suppressed scale through dimensional transmutation. This is not concerning because no very big or very small numbers were needed as input. In other words, there is an explanatory theory that possesses Absolute Naturalness.

id. 

(Aurait-on pu) aller au delà de l'électrodynamique quantique en cherchant à expliquer pourquoi la masse de l'électron est naturellement faible ?

Voilà maintenant une présentation plus audacieuse du pouvoir heuristique de la naturalité à travers une réflexion épistémologique originale sur l'électrodynamique quantique vue dans le cadre plus général du Modèle Standard.

I will outline a series of Realistic Intellectual Leaps (RILs) that I think would be achieved in short order, and were ripe to do so at the time, if only researchers were committed to Naturalness and were unwaveringly tenacious at trying to explain the smallness of the electron mass. [...] the argument here is not reliant on historical analysis, but of conceptual inevitabilities once Naturalness is declared a primary goal. [...] Let us begin with the first RIL that would set it all in motion.

RIL #1: The value of m_e is closer to zero than it is to M_Fermi.

On the surface this may look like a strange statement, but we hear such statements frequently in many different contexts, and they have been part of physics discussions time immemorial. From the earliest days of Newtonian mechanics when considering orbits of “massless” planets, to present day collider physics where b quark is “massless” in comparison to the characteristic energies of the collisions, researchers have realized that for all practical purposes objects sometimes have a mass “closer to zero” than the other characteristic scales or masses of the problem. [...] Inspection of the Quantum Electro-Dynamics (QED) lagrangian tells us immediately that the problem is the existence of the gauge-invariant and Lorentz invariant operator . This mass operator is dimension three and so to round out the dimensions to four one needs a massive coupling, which Absolute Naturalness demands should be similar to M_Fermi. A reasonable starting path is to somehow recast the theory to make ψψ not an invariant, in the spirit of recognizing that m_e is “closer to zero than it is to M_Fermi.” If adherence to Absolute Naturalness is our primary concern, no ugliness or complexity should stop us from finding a way to banish this offending operator ψψ . In time it would be inevitable that theorists would recognize that there is something special about that operator compared to others. This leads to the next RIL.

RIL #2: The representation structure of the Lorentz group allows us to write QED in two-component spinors, which is seen to demonstrate a qualitatively unique feature to the mass operator.

We see that the mass term mixes the right and left handed components of the spinor, whereas the kinetic term and gauge interactions do not. [...]Thus, there is a qualitative difference in the Lorentz structure of the mass term compared to the kinetic and gauge potential interaction terms. Now that we have established this unique Lorentz structure of the mass term, the next leap is to recognize that the ψψ term can now be banished.  

RIL #3: The electron mass can be forbidden by assigning ψ_L different properties than ψ_R, thereby disallowing  ψ^†_Lψ_R + ψ^†_Rψ_L as an invariant of the theory.  

The first thought would be to give ψ_L and ψ_R different electric charge, but that violates experiment badly since there are not two different electric charges to be seen. The electric charge for both we must keep at -1, but we can assign different charges for each under a new symmetry G. [...] 

The principle of Naturalness cannot be derived from first principles, and its invocation in science is more of a product of intuition against the likelihood of large numbers conspiring together to give small numbers than it is on rigorous deduction. Nevertheless, the concept bears fruit and is satisfied with respect to our QED example here and other examples to be found in the literature. It remains to be seen if the hard pursuit of Naturalness for the Higgs boson sector has correctly predicted new physics, yet to be seen, that is near the Higgs boson mass scale.

 id. 

Dans l'ascension (en solo) vers les cimes de la connaissance il faut savoir s'alléger de quelques idées préconçues mais ...

Sans commentaire // ou presque (19^ème épisode)

Il ne faut peut-être pas jeter la naturalité avec le sac de cordes noeuds du multivers

//Le site Edge.org qui se propose de faire réfléchir de brillants esprits sur les limites des savoirs actuels posait cette année la question suivante : "Quelle idée scientifique est bonne pour la retraite?" (WHAT SCIENTIFIC IDEA IS READY FOR RETIREMENT?). Voici la réponse de Peter Woit, célèbre pourfendeur des théories des cordes qui endosse son cheval de bataille habituel en l'abordant à travers le prisme de la naturalité : 

The period around 1974 brought us not only string theory, grand unification, and supersymmetry, but also something called the "naturalness" argument. The idea here is that our best model of particle physics, the Standard Model, is just an "effective theory", an approximation valid only at observable distance scales. Ken Wilson taught us how to use the "renormalization group" to not only extrapolate the behavior of a theory to short distances we can't observe, but also how to run this backwards, finding an effective theory for a fundamental theory defined at unobservably small distances. In a technical sense, "natural" theories are the ones where what we see is insensitive to the details of what happens at short distances. "Naturalness" became part of the speculative picture born in the 1974-era: complicated new physics involving unobserved strings and superpartners could be postulated at very short distances, with a "natural" theory all that is visible to us. In this picture it is technical "naturalness" which ensures that we can't see any of the complexities introduced by unobservably small strings or superpartners. [...]

The observation at the LHC of the Higgs, but no superpartners, has caused great consternation among theorists. Something has happened that should not have been possible according to the forty-year-old reasoning now well-embedded in textbooks. Arguments are being made that this is yet more evidence for the multiverse. In this "anthropic" view, anything goes at short distances for bubble-universes elsewhere in the multiverse, but we see something "unnaturally" simple in our bubble-universe because otherwise we wouldn't be here. The rise of such reasoning shows that sending the "naturalness" argument into retirement (along with the epicyclic complexity of strings and superpartners) is now something long overdue.  

La période autour de 1974 nous a apporté non seulement la théorie des cordes, la grande unification et la supersymétrie, mais aussi quelque chose que l’on appelle l'argument « de naturalité ». C’est l’idée selon laquelle notre meilleur modèle de la physique des particules, le modèle standard, est seulement une « théorie effective », une approximation valable uniquement pour les échelles de distances observables. Ken Wilson nous a appris à utiliser le « groupe de renormalisation » non seulement pour extrapoler le comportement d'une théorie à des distances plus petites, que nous ne pouvons pas observer, mais aussi pour faire fonctionner le mécanisme à l’envers, c’est à dire trouver la théorie effective associée à une théorie fondamentale définie seulement à une échelle de distances inobservable. Dans un sens technique, les théories «naturelles» sont celles pour lesquelles ce que nous observons est insensible aux détails de ce qui se passe aux distances plus courtes. "Le critère de naturalité" fait partie intégrante de la conception spéculative née avec  cette ère qui a débutée en 1974 : celle d’une nouvelle physique complexe qui postule l’existence de cordes et de particules supersymétriques à des échelles spatiales très petites, avec une théorie "naturelle" à notre échelle. Dans cette vision, est techniquement  «naturel » ce qui nous prémuni contre la mise en évidence de la complexité introduite par ces cordes et autres superparticules indiscernables. [ ... ]

L'observation au LHC du boson de Higgs et l’absence concomitante de superparticules a causé une grande stupeur parmi les théoriciens. Quelque chose s'est passé qui n'aurait pas dû être possible selon le raisonnement suivi ces quarante dernières années et maintenant intégré jusque dans les manuels des étudiants. Des arguments sont déployés pour dire que c'est là une preuve de plus pour l’idée du multivers.  Selon ce  point de vue « anthropique » n’importe quoi survient à courte distance dans les autres univers-bulles qui peuplent le multivers, mais nous-mêmes observons quelque chose d’ « anormalement » simple dans notre univers-bulle car sinon nous ne serions pas là. L’avènement d'un tel raisonnement montre que la mise à la retraite de cet argument de «naturalité» (comme l’abandon de la complexité des cordes et des particules supersymétriques qui rappellent celle des épicycles) est maintenant quelque chose attendu depuis longtemps.

 Peter Woit, The "Naturalness" Argument, janvier 2014

Changer d'abord sa vision de l'espace et du temps et renverser peut-être les hiérarchies 

//La naturalité est un concept scientifique aux multiples facettes (déjà évoqué sur ce blog) dont le texte de Woit ne donne qu'un aperçu très partiel sinon un peu partial, aussi pour compenser ce biais voici un autre point de vue d'une physicienne expérimentatrice cette fois qui recoupe partiellement le point de vue de Woit mais l'enrichit (ou l'explicite davantage) par une critique plus large de la conception actuelle de l'espace-temps de la physique.

Naturalness, hierarchy and space-time as invoked today in physics, will be retired sooner than later. The naturalness "strategy" and hierarchy "problem" for building models towards theories that extend the standard model of particles and their interactions (call it STh, standard theory a la David Gross) are crumbling with the measurements of the newly discovered Higgs-like boson. [...] So, the slavery of the need to be "natural", not "finely-tuned" (very subjective notions that we should have objected to, much earlier) is being lifted as we speak, and the road to high energy might be surprisingly more complex than what we were envisioning. Towards the end of the road, and there may be none such if the road curves back at us, there is gravity or space-time that enters the mix of physics notions that are hairy and loopy and we have to upgrade them if not retire them altogether. On related physics ideas, the notions about the particle nature of dark matter might also crumble. Some big revolutions (and discoveries) are in store regarding fundamental notions of our quantum universe.  

Les concepts actuels de naturalité, de hiérarchie et d'espace - temps qui sont invoqués en physique, seront abandonnés plus tôt qu’on ne pense . La « stratégie » de la naturalité et le « problème » de la hiérarchie invoqués dans la construction de modèles pour les théories qui vont au-delà du modèle standard des particules et de leurs interactions (appelons le ThS pour Théorie Standard à la David Gross) sont en train de s'effondrer avec les mesures effectuées sur la particule du type boson de Higgs récemment découverte. [ ... ] Ainsi, l’exigence de soumission au critère de « naturalité » et d’aversion pour les « réglages fins » (notions très subjectives auxquelles nous aurions dû faire des objections beaucoup plus tôt) est en train d’être levée au moment où nous parlons et la route vers les hautes énergies pourrait bien être étonnamment plus complexe que ce que nous envisagions. Au bout du chemin, et il pourrait bien ne pas y en avoir si le dit chemin se courbe tant qu’il fait demi-tours, il y a la gravité ou l'espace-temps qu’il va falloir marier avec des notions physiques un peu folles ou tirées par les cheveux et il faudra alors mettre à jour les premières sinon les abandonner tout à fait.

A propos de concepts physiques voisins, il se pourrait bien que la notion de particule de matière noire soit sur le point de s’écrouler. Il y a pas mal de grandes révolutions (et  de découvertes) en germes pour ce qui touche aux notions fondamentales de notre univers quantique.

Maria Spiropulu, Naturalness, Hierarchy And Space-Time, janvier 2014

Si tous les chemins mènent à Rome, un homme seul ne peut prétendre se les représenter tous et encore moins chacun les parcourir
//La référence "en solo" mentionnée entre parenthèses dans le titre de ce billet est une remarque de bon sens pour rappeler qu'un individu sur la voix d'une découverte majeure doit souvent renoncer à une représentation passée, une idée préconçue pour monter plus haut que ses contemporains et accéder ainsi à une meilleure compréhension du monde en réalisant la première ascension de telle ou telle montagne-problème. Néanmoins je pense aussi qu'il ne faut pas perdre de vue que la science est également une aventure et une construction collective. Une fois le sommet vaincu et une nouvelle vallée contemplée, d'autres sauront reprendre le flambeau des idées abandonnées pour découvrir : qui de nouvelles voix d'accès au sommet, qui de plus modestes cols pour accéder à la vallée de la Nouveauté afin de l'exploiter à son tour ... à la recherche des prochains massifs de l'Inconnu. 

Le zitterbewegung est(-il) un mouvement quantique (réel?) [une série de rebonds sur le vide du champ de Higgs] {entre les deux feuillets d'un espace non commutatif} imaginaire

Bossons sur le boson (8^ème épisode)
//ce billet a été légèrement retouché le 17/11/2019 (titre & ajout d'un paragraphe sur le modèle physico-mathématique dérivé de la géométrie commutative tel qu'exposé son fondateur : Alain Connes)

Le zitterbewegung : un vieux problème mis sous le tapis ... 
C'est du moins l'avis de John Huth physicien et blogueur sur le site Quantum Diaries ...

Paul Dirac was a theoretical physicist who is best known for his famous equation describing the motion of particles like electrons. He successfully combined two pillars of modern theory: quantum mechanics, which describes particles as a wave with special relativity, which takes the speed of light to be a fundamental constant of nature.

When he put these two factors together, his equation had some strange properties. At first blush, you find that electrons have this strange motion that’s called ‘zitterbewegung’; German for ‘trembling motion’. This is a very rapid oscillation of electrons at the speed of light, which doesn’t seem to really happen and would lead to odd results. This was more or less brushed under the rug.

John Huth, Worshipping at the Fed Ex drop box, 28/10/2011

...  avis qui n'est pas partagé par un autre blogueur, Lubos Motl :

I am very surprised that it is not generally understood that the whole idea of Zitterbewegung is nonsense arising from an invalid physical interpretation of an equation. Just to be sure, Erwin Schrödinger ... has tried to solve the Dirac equation once Dirac wrote it down. And he combined some "positive-energy" and "negative-energy" solutions. Because their energies differ at least by 2mc², not too surprisingly, by the interference of these two components, one "gets" some observables that oscillate with the gigantic angular frequency 2mc²/ℏ. 

However, nothing like that may occur in the real world because the single-particle interpretation of the Dirac equation – with positive- as well as negative-energy solutions allowed – simply doesn't apply and cannot apply to the real world. As Dirac quickly understood (while Schrödinger didn't), the negative-energy solutions have to be treated differently...

Lubos Motl, why Zitterbewegung is unphysical, 28/10/2011 

... mais un problème qui bouge peut-être encore !
Entre deux feuillets d'un espace-temps non commutatif ? La preuve par les mots avec le titre d'une conférence (dont le contenu n'est malheureusement pas accessible sur la toile est partiellement disponible sur la toile) et un extrait d'un article de Robert Brout un des pères du boson de Higgs :

"The gauged zitterbewegung: Connes' constructions of the standard model"

R. Brout, International School of Subnuclear Physics, Erice, Italy Août 1999

Now for one of Connes’ main ideas. Scalars are gauge bosons that serve as connections in a manifold comprised of 2 points: left (L) and right (R), which I now explain at length. Fermions, in the absence of mass, are displaced in space-time, on two different surfaces L and R, through the action of the Dirac operator. The usual Yang-Mills fields (YM) supply connections on these surfaces so as to allow internal symmetries to be gauged. The vector and axial currents coupled to the YM are sums of bilinears in L or R fermions and do not mix L and R. i.e. the coupling keeps an L (R) fermion on the L (R) surface. The role of mixing L and R is taken on by the scalars through a coupling (ψ_L⁺ψ_Rφ +h.c.). The bilinear ψ_L⁺ψ_R is a sort of current between the 2 corresponding points L and R at the same space-time point x^μ, φ being the “gauge scalar”. The thought is not only engaging, but it ties in most elegantly with Connes’ rewriting of geometry on discrete spaces in terms of axioms which permit a natural generalization of all continuum concepts. These discrete spaces can be composed of but 2 points -L and R in particular, and so are applicable to SM gauge geometry.

R. Brout, Notes on Connes’ Construction of the Standard Model, 27/06/1997

Pour une exposition en français des idées et du modèle physico-mathématique présentées ci-dessus, voici des extraits du livre d'Alain Connes Géométrie non commutative et de son article fondateur sur l'application de son grand oeuvre à la physique du méchanisme de Brout-Englert-Higgs.

...(work in progress)

Y a-t-il d'autres traces d'un lien métaphorique entre zitterbewegung et boson de Higgs ?

En cherchant sur internet voici la réponse d'un fameux mathématicien Roger Penrose:

Roger Penrose (in "The Road to Reality") and Tony Zee (in "QFT in a Nutshell") show that the Dirac Lagrangian can be decomposed into two massless fields (thus propagating at c), one with left handed helicity and one right handed, coupled by a parameter proportional to the rest-mass of the particle. Penrose calls the left handed field the "zig" particle and the right handed one the "zag" particle. The zigzagging (which occurs on average at the de Broglie frequency) allows/forces the particle's average velocity to be less than c, and in its rest frame, results in the direction of its spin remaining constant. While both the zig and zag fields interact equally electromagnetically, only the zig field interacts via the weak interaction. Penrose states that the conversion of a zig into a zag and vice versa can be viewed as an interaction with the Higgs field.

 Kit Adams, Electron's zitterbewegung, Physics Forums Oct 12 2006

Une science métaphorique porte(-t-elle) forcément à confusion (Monsieur Zee?)

Le risque est grand en tout cas si l'on en croit cet avertissement d'un spécialiste de la théorie quantique des champs :

In closing this chapter [on quantizing the Dirac field] let me ask you some rhetorical questions. Did I speak of an electron going backward in time? Did I mumble something about a sea of negative energy electrons? This metaphorical language, when used by brilliant minds, the likes of Dirac and Feynman, was evocative and inspirational, but unfortunately confused generations of physics students and physicists. The presentation given here is in the modern spirit, which seeks to avoid these potentially confusing metaphors. 

Anthony Zee, Poetic but confusing metaphors, 2003

Certaines images ont pourtant bien un pouvoir heuristique (n'est ce pas Monsieur Feynman?)
En oubliant pour un temps la référence explicite au zitterbewegung, voici une présentation du mécanisme de Higgs, en bande dessinée ou presque, par un brillant blogueur du site Quantum Diaries :

one can formulate our entire Feynman diagram program in terms of completely massless particles. In such a picture, particles like the top quark or Z boson undergo lots of the aforementioned two-point “mass” interactions and so are observed to have larger masses. Heuristically, heavy particles barrel along and have lots of these two-point interactions:

For comparison, a light particle like the electron would have fewer of these interactions. Their motion (again, heuristically) looks more like this:

We should remember that each of these crosses is really a terminated Higgs line. To use some fancy parlance which will come up in a later post, we say that the Higgs has a “vacuum expectation value” and that these particles are bumping up against it. The above pictures are just ‘cartoons’ of Feynman diagrams, but you can see how this seems to convey a sense of “inertia.” More massive particles (like the top quark) are harder to push around because they keep bumping up against the Higgs. Light particles, like the electron, don’t interact with the Higgs so much and so can be pushed more easily. 

In this sense, we can think of all particles as being massless, but their interactions with the Higgs generates a two-point interaction which is effectively a mass. Particles which interact more strongly with the Higgs have more mass, while particles which interact weakly with the Higgs have less mass. In fact, once we assume this, we might as well drop all of the silly crosses on these lines—and then we’re left with the usual Feynman rules (with no terminating Higgs lines) that are usually presented.

 Flip Tanedo, A diagrammatic hint of masses from the Higgs, 5/05/2011

Et de bons dessins ont toujours une valeur pédagogique (merci Monsieur Tanedo!)
Les petits diagrammes ci-dessus deviennent une vrai BD ci-dessous et l'analogie entre zitterbewegung et mécanisme de Higgs se renforce :

An "electron" propagating in space and interacting with the Higgs field. Note that the Higgs-induced mass term connects an electron with an anti-positron. This means that the two types of particles are exhibiting quantum mixing. Note that in this picture the blue arrow represents helicity (it is conserved), whereas the mustache (or non-mustache) represents chirality. The mass insertions flip chirality, but maintain helicity.

This is very important; two completely different particles (the electron and the anti-positron) are swapping back and forth. What does this mean? The physical thing which is propagating through space is a mixture of the two particles. When you observe the particle at one point, it may be an electron, but if you observe it a moment later, the very same particle might manifest itself as an anti-positron! This should sound very familiar, it’s the exact same story as neutrino mixing (or, similarly, meson mixing).

Let us call this propagating particle is a “physical electron.” The mass-basis-electron can either be an electron or an anti-positron when you observe it; it is a quantum mixture of both.

Flip Tanedo, Helicity, Chirality, Mass, and the Higgs, 5/05/2011

Vices apparents et visses cachées de la physique quantique (la recherche des fondements a encore du ressort)

Rubrique : Dévissage(s)

L'atome et le nucléon : deux horlogeries complexes ...

2013 marquait le centenaire du modèle atomique de Bohr décrivant la dynamique des électrons autour des nucléons tandis que 2014 coïncidera avec le cinquantenaire du modèle des quarks de Gell-Mann et Zweig décrivant les nucléons. Pourquoi ne pas profiter de l'occasion pour évoquer l'actualité de la réflexion scientifique sur les fondements de la mécanique quantique, ce marronnier sinon de la physique du moins de sa vulgarisation, à travers quelques miscéllanées glanées au fil des lectures sur la toile pendant les dernières vacances...

... dont le démontage classique laisse (forcément) perplexe ...
Un atome a priori insécable par définition et qui peut malgré tout se décomposer en particules plus élémentaires avec des électrons qui orbitent autour d'un noyau sur des trajectoires floues et qui tourbillonnent autour d'eux même sans vraiment être des toupies...

Un nucléon composé lui-même de quarks, particules encore plus élémentaires à la dynamique pour le moins étrange puisqu'elles sont d'autant plus "libres" qu'elles sont confinées dans un espace plus petit...

... mais dont la reconstruction quantique sublime l'implexité ...

...deux sous-systèmes (ou plus) d'un systême global ne peuvent être considérés séparément l'un de l'autre ; il n'existe tout simplement pas d'états bien définis qui puissent les décrire indépendamment l'un de l'autre. La nécessité de considérer le systême dans sa globalité correspond à un couplage profond et intrinsèque des sous-systèmes, caractéristique de leur nature quantique (et indépendamment de toute interaction physique particulière). Cette propriété est parfois dénommée non-séparabilité", par référence antonymique à la séparabilité classique, ou, plus positivement"\intrication" ou "enchevêtrement". Nous préférerons un vocable plus abstrait afin d'éviter toute représentation imagée trompeuse, et appellerons "implexité" cette caractéristique essentielle de la quantique [la notion de repliement, intrication, enchevêtrement, etc. est rendue en grec par le mot emplexis, du verbe plekô (à l'origine de "pliage"). "Implexité" a de plus l'avantage de sa rime, non sans raisons, avec complexité | et perplexité].

 Françoise Balibar, Alain Laverne, Jean-Marc Lévy-Leblond & Dominique Mouhanna, Quantique : Eléments, 2007.

Le problème de la mesure quantique :  une histoire qui (n')est peut-être (pas) sans fin 

One of the main foundational challenges of quantum theory is the so-called measurement problem: Why does each individual run of an ideal measurement yield a well-defined outcome, in spite of the existence of quantum coherences? Does measurement theory require a specific principle or interpretation of quantum mechanics? Already raised by the founding fathers, this crucial question has witnessed a revival [2,3,4]... We shall ... approach the problem by just treating the tested system S coupled to the measurement apparatus A as a single isolated quantum system S+A, and analysing the dynamics of the measurement process in a straightforward way. A key point is the macroscopic size of the apparatus, which forces us to rely on non-equilibrium quantum statistical mechanics. Moreover, being irreducibly probabilistic, quantum physics does not describe individual objects; we must deal with statistical ensembles, and attempt to infer the properties of a single run of the measurement from those of the subensembles of runs to which it may belong. 

... in the same way as irreversibility emerges in statistical mechanics for macroscopic systems from the underlying reversible microscopic theory, a more remarkable type of emergence occurs at the end of a [quantum] measurement process using a macroscopic apparatus: Classical probabilities emerge from quantum theory, although the underlying “quantum probabilities” were non-commutative and could not a priori be regarded as frequencies in the absence of an experimental context. 

Armen E. Allahverdyan, Roger Balian and Theo M. Nieuwenhuizen, Statistical theory of ideal quantum measurement processes, 03/13

 What we intend to do, in the following, is to contribute some novel points of view to the "foundations of quantum mechanics", using mathematical tools from "quantum probability theory" (such as the theory of operator algebras). [...] 

We attempt to elucidate the roles played by entanglement between a system and its environment and of information loss in understanding "decoherence" and "dephasing", which are key mechanisms in a quantum theory of measurements and experiments ... In particular, we point out that the state of the composition of a system with its environment can usually not be reconstructed from measurements long after interactions between the system and its environment have set in; ("information loss"). We also discuss the problem of "time in quantum mechanics" and sketch an answer to the question when an experiment can be considered to have been completed successfully; ("when does a detector click?").

Jürg Fröhlich ett Baptiste Schubnel, Quantum probability and the foudations of quantum mechanics, 10/13

Je suis la précieuse fève trouvée par de gourmants physiciens dans une grande galette de 27 km de circonférence ; qui suis-je ?

Le boson scalaire de Higgs naturellement !

Bonne épiphanie à tous ... 

... et une pensée particulière aux techniciens, ingénieurs et physiciens qui s'activent du côté du LHC pour cuisiner le prochain gâteau des Rois. Quelle que soit la bonne étoile que chacun suit, nous espérons tous que Dame Nature n'oubliera pas le haricot magique qui élèvera notre compréhension de la physique à des énergies toujours plus hautes !

Après des hauts et des bas, un aspect étrange mais un charme certain, ma beauté est finalement une vérité indéniable : qui suis-je ?

Un indice : j'ai quarante ans et tous mes quarks (sans parler de mes leptons et mes bosons dont le fameux petit dernier ;-) 

Je suis le Modèle Standard bien sûr !

(-: Joyeuse année 2014 !-)