Jet d’électrons et de particules subatomiques alimenté par un trou noir et provenant du centre de la galaxie M87 ; la lumière bleue est le rayonnement synchrotron qui devrait produire une réaction de rayonnement. Crédit : NASA et The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Un physicien de Lancaster a proposé une solution radicale à la question de savoir comment une particule chargée, telle qu’un électron, réagissait à son propre champ électromagnétique.
Cette question a défié les physiciens pendant plus de 100 ans, mais le physicien mathématicien Jonathan Gratus a suggéré une approche alternative – publiée dans l’article de l’Université de Lancaster. Journal of Physics A – avec des implications controversées.
Il est bien établi que si une charge ponctuelle s’accélère, elle produit un rayonnement électromagnétique. Ce rayonnement possède à la fois de l’énergie et de la quantité de mouvement, qui doivent provenir de quelque part. On suppose généralement qu’ils proviennent de l’énergie et de la quantité de mouvement de la particule chargée, qui amortit le mouvement.
L’histoire des tentatives de calcul de cette réaction de radiation (également connue sous le nom d’amortissement de radiation) remonte à Lorentz en 1892. Des contributions majeures ont ensuite été apportées par de nombreux physiciens connus, dont Plank, Abraham, von Laue, Born, Schott, Pauli, Dirac et Landau. La recherche active se poursuit à ce jour avec de nombreux articles publiés chaque année.
Le défi est que, selon les équations de Maxwell, le champ électrique au point réel où se trouve la particule ponctuelle est infini. Par conséquent, la force sur cette particule ponctuelle devrait également être infinie.
Diverses méthodes ont été utilisées pour renormaliser cet infini. Cela conduit à l’équation bien établie de Lorentz-Abraham-Dirac.
Malheureusement, cette équation a des solutions pathologiques bien connues. Par exemple, une particule obéissant à cette équation peut accélérer pour toujours sans force extérieure ou accélérer avant qu’une force ne soit appliquée. Il existe également la version quantique de l’amortissement par rayonnement. Ironiquement, c’est l’un des rares phénomènes où la version quantique se produit à des énergies plus faibles que la version classique.
Les physiciens recherchent activement cet effet. Cela nécessite de faire “entrer en collision” des électrons de très haute énergie et des faisceaux laser puissants, un défi car les plus grands accélérateurs de particules ne sont pas situés à proximité des lasers les plus puissants. Cependant, en tirant des lasers dans des plasmas, on obtient des électrons à haute énergie, qui peuvent ensuite interagir avec le faisceau laser. Cela ne nécessite qu’un laser puissant. Les résultats actuels montrent que la réaction de radiation quantique existe bel et bien.
L’approche alternative consiste à considérer de nombreuses particules chargées, où chaque particule répond aux champs de toutes les autres particules chargées, mais pas à elle-même. Cette approche a été rejetée jusqu’à présent, car on supposait qu’elle ne permettrait pas de conserver l’énergie et la quantité de mouvement.
Cependant, le Dr Gratus montre que cette hypothèse est fausse, l’énergie et la quantité de mouvement du rayonnement d’une particule provenant des champs externes utilisés pour l’accélérer.
Il a déclaré : “Les implications controversées de ce résultat est qu’il n’est pas nécessaire qu’il y ait une réaction classique de rayonnement du tout. Nous pouvons donc considérer la découverte de la réaction de radiation quantique comme similaire à la découverte de la réaction de radiation classique. Plutonqui a été découverte suite à des prédictions basées sur des divergences dans le mouvement de Pluton. Neptune. Des calculs corrigés ont montré qu’il n’y avait pas de divergences. De même, la réaction de radiation a été prédite, trouvée et ensuite montrée comme n’étant pas nécessaire. “
Référence : ” Maxwell-Lorentz sans auto-interactions : conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement ” par Jonathan Gratus, 21 janvier 2022, Journal of Physics A Mathematical and Theoretical (en anglais).
DOI : 10.1088/1751-8121/ac48ee
