NOMBRES - Curiosités, théorie et usages

 

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Physique nucléaire

 

Débutants

Général

PARTICULES

 

Glossaire

Atome

Glossaire

Neutrino

 

 

INDEX

Particules

 

Introduction

Électrons

Nucléons

Nomenclature

Neutrinos

Quarks

Caractéristiques

Unification

Interactions

Masse

 

Sommaire de cette page

>>> Les interactions fondamentales

>>> Forces

>>> Interactions

>>> Théorie de la chromodynamique quantique

 

 

 

 

 

INTERACTIONS ou FORCES

Les BOSONS

  

Particules intermédiaires impliquées dans les interactions.

Deux particules chargées électriquement s'attirent avec 1040 fois plus de vigueur que ne le fait la gravitation. La force électromagnétique est la colle principale des objets et êtres vivants qui nous entourent.

 

 

Les quatre Interactions  FONDAMENTALES

Force de gravité:

Interaction gravitationnelle

*    Pesanteur, marées.

*    Elle soude les planètes, les étoiles, les galaxies, sans limite de portée.

*    Elle gouverne le mode d'expansion de l'Univers dans son ensemble.

Force électromagnétique:

Interaction électromagnétique

*    Électricité, magnétisme, lumière.

*    Réactions chimiques et biologiques.

*    Elle soude atomes et molécules.

*    Elle étend son influence à la structure des molécules géantes.

Force nucléaire forte:

Interaction forte

*    Elle soude les noyaux des atomes.

*    Elle déploie ses effets sur des distances extraordinairement petites (10 -13 cm).

*    Mais avec une puissance colossale: 10 37 fois plus que la gravitation; quarante fois la force les forces électromagnétiques à ces échelles.

Force nucléaire faible ou de Fermi:

Interaction faible

*    Elle n'est responsable d'aucune structure stable dans la nature.

*    Radioactivité bêta.

*    Permet au Soleil de briller.

Voir Bosons / Synthèse graphique

 

 

FORCES

 

Principe de la soudure entre particules

*    En associant deux éléments, la force transforme en énergie une partie de leur masse. Cette énergie, dite de liaison, est éjectée dans l'espace, généralement sous forme de photons.

Voir Niveaux d'énergie et photons

 

*    Le système ainsi constitué est moins massif que la somme des deux éléments initiaux. Ce système est aussi plus complexe. Les photons transportent avec eux l'entropie à payer pour cette phase d'organisation.

 

Les trois premières forces jouent un triple rôle:

*    Elles cimentent les structures organisées de la matière (les liens crées transforment de la matière massive en photons lumineux);

*    Ces photons sont porteurs d'énergie pour la construction de systèmes plus complexes encore; et, ces photons portent aussi l'entropie à dégager pour accompagner la croissance de la complexité.

 

 

 

Force nucléaire forte et force électromagnétique

Pourquoi ça marche dans l'atome? C'est comme si on s'accrochait fort pour rapprocher les deux pôles opposés des aimants et que tout à coup, en se rapprochant vraiment, ils finissent par s'attirer et on ne peu plus les séparer.

 

 

  

Pyramide de complexité

 

*    Les structures échelonnées sur la pyramide de la complexité doivent leur cohésion à l'existence des forces de la nature.

*    Mais pour créer la variété et la diversité, l'action de ces forces doit s'exercer dans des conditions de déséquilibre, de surfusion par rapport aux grandes forces structurantes (ex: cristaux de neige).

*    Autrement dit, la matière ne succombe que très partiellement aux forces naturelles!

*    Hors du contexte d'équilibre, les résultats des événements de la nature sont partiellement imprévisibles.

*    De là émerge l'inédit du présent.

- ??

- Organismes

- Cellules

- Biomolécules

- Molécules simples

- Atomes

- Nucléons

- Électrons, quarks

- ??

- ??

 

   

INTERACTIONS

Force

Portée

Action

Sur

Particule

d'échange

Intensité

Manifestations

ÉLECTRO-

MAGNÉTIQUE

Infinie

(Décroissance en d²)

Électrons

Quarks

Photon

10-2

(exact: 1/137)

*   Lumière

*   Atomes

*   Molécules

*   Réactions chimiques

FORTE

ou NUCLÉAIRE

10-13 cm

( noyau)

Quarks

Gluon

1

*   Protons

*   Neutrons

*   Réactions nucléaires

FAIBLE

10-16 cm

( noyau)

Électrons

Neutrinos

Quarks

Boson W

10-5

*   Désintégration des neutrons

*   Diffusion des neutrinos

GRAVITE

infinie

(Décroissance en d²)

Tout

Graviton

10-40

*   Planètes

*   Étoiles

*   Galaxies

*   Cosmologie

 

 

*    Il n'y a que quatre forces dans la nature. Les rumeurs sur une cinquième n'ont pas résisté à l'analyse critique.

 

*    La force gravitationnelle et la force électromagnétique se font sentir à grande distance (la Lune "sent" l'attraction de la Terre).

*    Les deux autres forces n'entrent en action qu'au moment où les particules se rejoignent. Plaçons deux protons à une faible distance l'un de l'autre. Les quatre forces s'exercent, mais avec des intensités différentes. Le tableau ci-dessus donne les intensités relatives, en prenant la force nucléaire (dite forte) égale à 1.

 

*    Les physiciens estiment que ces quatre forces ne sont que quatre manifestations d'une seule super-force. Elles se seraient séparées après le bigbang. Voir Unification

 

  

Force faible

 

*    La force faible est très discrète.

*    Découverte la dernière vers 1930.

*    Elle change la saveur d’un quark, elle désintègre un neutron en proton et change les électrons en neutrinos.

 

Neutron se désintégré en Proton, Électron et Neutrino.

 

*    Le neutrino n'est sensible qu'à la force faible.

Voir Carbone 14

 

 

Force de gravité

 

*    Toujours attractive.

*    Agit sur toute forme d'énergie donc de masse.

*    Intensité extrêmement faible (la plus faible des quatre interactions).

*     Effets perceptibles sur des corps très massifs, comme les planètes et les étoiles.

 

 

  

Force forte

 

*    Elle est cent fois plus foret que la force électromagnétique.

*    Sans elle, les protons du noyau, chargés positivement, se repousseraient inéluctablement.

 

Théorie de la CHROMODYNAMIQUE QUANTIQUE

 

 Champ gluonique

 

*    Jamais isolés, les quarks vont par paires ou par triplets.

 

*    Explication possible en leur donnant 3 couleurs, indépendamment de leur saveur (charge,  isospin…)

Les baryons sont blancs: 1 bleu + 1 jaune + 1 rouge

 

*    La chromodynamique quantique tente d'unifier toutes les interactions autres que la gravitation (théories unifiées).

 

*    Bien sûr, on cherche à les unifier toutes. C'était un axe de recherche d'Einstein.

 

 

 

 

 

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