En raison de la faible masse des électrons, l'accélération occasionnée par la courbure de leur trajectoire génère une onde électromagnétique, le rayonnement synchrotron

Bonjour Jacoum,


Ta question est profonde, intéressante et touche l'un des plus grands points fondamentaux de la physique moderne.

Elle a par exemple des implications dans la compréhension du rayonnement de freinage. Si des électrons accélérés rayonnent alors ils perdent de l'énergie.

Il y a plusieurs niveaux "d'explication" en fonction de la théorie pour représenter le monde. Tu peux rester dans le paradigme de la théorie classique de Maxwell. Mais l'on sait depuis un siècle que celle-ci n'y répond pas, ex: les trajectoires classiques des électrons d'un atome sont en générales courbes (pour reprendre la réponse précédente) mais ces électrons ne rayonnement pas dans les configurations possibles de l'atome.

Même s'il est possible de calculer logiquement ce rayonnement par la théorie classique, cela aboutit à des paradoxes avec l'expérience comme l'exemple avant. Je pourrais diverger sur tout un tas de problèmes de physiques intéressants mais en deux lignes je dirais:

Le coeur de ta question touche à la nature intime de ce qu'est une PARTICULE élémentaire. (voir l'équation de Dirac).

Comment répondre à

En lisant la question de Jacoum, ce me suis fait la même remarque que Magisterien: comment répondre à une question si fondamentale? (Hervelo, le cas du synchrotron me semble trop limitatif car pré suppose des conditions sur un champ magnétique dans lequel est plongé la particule).

Je prendrai donc le contre pied de Magisterien ... mais qu'il se rassure, c'est juste pour alimenter le sujet:

1er constat expérimental: une particule crée dans l'espace un champ électrique (preuve: la force de Coulomb)
2eme constat expérimental: une particule en mouvement crée dans l'espace un champ magnétique  (preuve: force de Laplace)

3ème constat (là ça se corse un peu):  

De même qu'un déplacement de charge créé un champ magnétique, une variation du champ électrique (dans le temps, en un point de l'espace) créé un champ magnétique (Equation de Maxwell Ampère)
Et de même que la présence de charge créé un champ électrique, une variation du champ magnétique (dans le temps, en un point de l'espace) créé un champ électrique (Equation de Maxwell Faraday)

Donc qualitativement : une variation d'un des  champs entraine l'apparition de l'autre qui entraine une variation du premier … et ainsi de suite !

Les équations établies (Maxwell) liant le champ électrique et le champ magnétique sont des cas particuliers d'une équation de d'Alembert dont une caractéristique est qu'elle traduit une conservation, (sous certaines conditions … )  dans l'espace-temps des champs électriques et magnétiques : c'est-à-dire que toute variation dans le temps est compensée par une variation dans l'espace et réciproquement …  
Cette conservation spatio-temporelle peut être représentée par une onde qui se propage : la variation du champ en un point de l'espace entraine une variation dans son voisinage (temps -> espace). En en tous points de ce voisinage, la variation entraine une variation dans leur voisinage (propagation).

Qualitativement à nouveau :
L'univers étant (souvent) isotropique (invariant selon la direction) une source de champ électromagnétique (puisque l'on a vu que l'un n'allait pas sans l'autre) est donc la source  d'une onde électromagnétique qui va se propager dans toutes les directions de manière identique (tant que l'isotropie est assurée … comme par exemple dans le vide).

Bienvenu dans la discussion PerArGal .

J'aimerai partager quelques détails.

Là où ca se corse un peu en effet, c'est que le champ magnétique est un effet relativiste.

On peut le voir rapidement de manière mathématique en se rappelant que dans l'espace vide (B = E/c en norme) et que donc la force de Laplace n'est qu'une correction en (v/c) dans la force de Lorentz ou bien relire le 2eme constat de PerArGal où il n'y a pas de champ magnétique crée dans le référentiel propre de la particule. Il est aussi sain de se rappeler que le champ magnétique n'est pas un vecteur ou tenseur de rang 1 par rapport aux rotations en physique classique mais traduit une symétrie plus intime du monde physique (merci Einstein).

Le 3eme constat soulève la question de l'oeuf et la poule, est-ce la charge qui crée le champ où l'inverse ? le champ magnétique induit-il le champ électrique où l'inverse ?

Il est très important de garder en mémoire que lorsque l'on résout les équations de Maxwell pour la propagation des ondes dans le vide, il existe, comme pour toutes équations du second degré, deux solutions possibles. Respectivement, correspondant à une onde avancée (qui va vers le passé) et à une onde retardée (qui va dans le futur). Il n'y a A PRIORI aucune raison physique de préférer l'une à l'autre et la solution générale admet une décomposition sur la base de ces deux solutions (comme Feynman et Wheeler l'ont si bien montré).  (QUID quand le principe de superposition n'est plus valable ?)

Choisir uniquement l'onde retardée (par exemple) représente une brisure spontanée de la symétrie par renversement du temps. Ceci est associé à la non-conservation de l'état fondamental du champ électromagnétique en QED.
(Je rappelle sur les lignes du mécanisme de Higgs, que le photon n'est autre que le boson de Nambu-Goldston pour la brisure spontanée de l'invariance de Lorentz.)

La non-commutation par exemple, en électrodynamique quantique, de l'opérateur création de photon et l'opérateur annihilation peut être retracée à une non-commutation du temps et de l'espace. Je m'explique: l'opération de conjugaison hermitique en mécanique quantique est double, transposition de la base (par exemple inversé la direction du vecteur d'onde k en -k) puis prendre le complexe conjugué.

Un terme d'onde plane e^i(wt-kz) deviendra e^-i(wt+kz), l'un correspond à une onde retardée, l'autre avancée (les solutions futures apparaissent comme le dual des solutions passées). Pas de problème pour le champ électrique. En revanche pour le champ magnétique, changer k en -k est "fatal", ce dernier n'est pas un vecteur.

Bon j'arrête , je m'éloigne de la question.

Je ne saurai trop conseiller à Jacoum la lecture de Feynman:"Lumière et matière une histoire étrange" (il existe en livre de poche je crois). Bon ouvrage "d'initiation" à l'électrodynamique quantique qui adresse les limites de l'électroagnétisme ... mais qui trouve aussi les siennes dans l'infiniment petit (si dans le cadre de l'EM de Maxwell il faut une force infini pour immobiliser un électron, la QED diverge lorsque les paires de points se rapprochent indéfiniment) ...  à suivre pour un bon bout de temps donc

A proximité d'une ligne électrique, même si aucun courant ne circule dedans, la tension crée un champ électrique, c'est à dire une onde électrostatique. Elle est proportionnelle à la tension (en Volt) et inversement proportionnel à la distance (en mètre. L'unité du champ électrique (onde électrostatique) est donc le volt par mètre.

Le déplacement d'électrons créé un champ magnétique proportionnel à l'intensité du courant d'électrons mis en jeu, exprimé en ampères et inversement proportionnel à la distance. L'unité du champ magnétique (onde magnétique) est donc l'Ampère par mètre.

Dans notre utilisation actuelle de l'électricité, tout fil électrique alimenté en courant alternatif 50 Hz génère dans son environnement un champ électromagnétique, c'est à dire une onde électrique et magnétique de fréquence 50 Hz, soit une longueur d'onde de 6000 km.

Je ne m'attendais pas à tant de réactions si intéressantes!
Un grand merci à tous!