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Physique nucléaire

 

Débutants

Général

PARTICULES

 

Glossaire

Atome

 

 

INDEX

Particules

 

Introduction

Électrons

Nucléons

Nomenclature

Neutrinos

Quarks

Caractéristiques

Unification

Forces

Masse

 

Sommaire de cette page

>>> Les 24 particules

>>> Composantes de l'univers stable

>>> Glossaire des particules

>>> Antimatière

 

 

 

NOMENCLATURE des PARTICULES

du MODÈLE STANDARD

 

Les physiciens ont découvert plus de 300 particules dans leurs accélérateurs. Seules 24 sont vraiment fondamentales.

 

Bref historique

Situation dans les années 1930: la matière était connue comme étant formée de trois particules: électron, proton et neutron. Le photon, particule d'énergie,  était là également, modélisant le champ électromagnétique. Le modèle standard se développe.

La découverte des antiparticules (positon en 1932, antineutrino électronique en 1934 par Fermi) conduit à doubler la quantité de certaines particules.

À partir de cette époque, les accélérateurs de particules vont permettent l'observation de nouvelles particules la plupart du temps très éphémères. Puis, après 1950, c'est le tour de la détection de particules venant du cosmos. En 1980, on comptait plus de 350 particules (principalement des hadrons). Il devenait urgent d'établir une classification.

En juillet 2012, la découverte du boson de Higgs est annoncée par le CERN (utilisation du LHC). Particule dont l'existence a été imaginée dès 1964. En 2013, François Englebert et Peter Higgs reçoivent le prix Nobel de physique.

Voir Historique / Source

 

 

 

  

LES 24 PARTICULES fondamentales

 

FERMION => Matière

 

*      12 fermions

*      de spin 1/2

*      qui sont les particules de "matière",

*      séparées en deux catégories :

*      6 quarks et leurs anti-quarks, qui forment des particules composites : les hadrons, mésons

*      6 leptons et leurs anti-leptons.

Voir Illustration / Matière

BOSONS => Rayonnement

 

*      12 bosons

*      de spin 1

*      qui sont les particules de "rayonnement"

*      et qui sont les vecteurs des différentes interactions:

*      8 gluons qui transmettent l'interaction forte,

*      les W+ et W- qui transmettent l'interaction faible,

*      le Z0 qui transmet une forme de l'interaction faible provenant de l'interaction électrofaible,

*      le photon qui transmet l'interaction électromagnétique.

Voir Forces

 

*      Lorsque les fermions sont liés par une force, ils échangent des bosons. Les quarks sont unis par les gluons, et les nucléons (neutrons et protons) par les pions.

 

Image

*      Deux patineurs en mouvement se renvoyant un ballon.

 

Voir Boson de Higgs

 

 

 

Nomenclature simplifiée

 

 

 

COMPOSANTES DE L'UNIVERS STABLE

 

 

 

Glossaire des particules HADRONS

 (du grec: abondant)

Proton

*         Constituant du noyau.

*         Seul constituant du noyau d'hydrogène.

*         Chargé positivement.

*         Composé de 3 quarks (u, u, d).

*         Stabilité en question (sur de très longues durées).

Neutron

*         Constituant du noyau.

*         Non chargé.

*         Composé de 3 quarks (d, d, u).

*         Stable à l'intérieur du noyau.

*         Libre, se désintègre spontanément, par radioactivité, avec une vie moyenne de 17 minutes, donnant naissance à 1 proton, 1 électron négatif, et 1 antineutrino.

Baryon

*         Baryons les plus connus: protons et neutrons.

*         À la suite de collisions violentes, neutrons et protons peuvent être excités sous forme de baryons.

*         Constitués de 3 quarks intimement liés.

*         Mais faisant apparaître d'autres types de quarks, comme le quark étrange, et des hypérons.

Méson

*         Constitué d'une paire quark-antiquark.

*         Durée de vie fugace.

*         Des échanges permanents de mésons entre protons et neutrons expliquent la cohésion du noyau.

*         Il s'agit surtout de pions.

*         Il existe des mésons étranges: les kaons.

 

 

Glossaire des particules – LEPTONS

Électron

Muon

Tau

&

Leurs neutrinos

*         Particules qui forment la matière.

*         Elles sont sensibles aux interactions électromagnétique et faible; elles sont insensibles à l'interaction forte.

*         Six types et chacun avec son antiparticule.

*         Électron: charge négative, spin 1/2

*         Les neutrinos interviennent dans la réaction de capture d'un électron par un proton

*         La désintégration  d'un neutron (interaction faible) produit un proton, un électron et un antineutrino.

*         Le muon et le tau sont instables.

*         Le muon se désintègre en neutrino, antineutrino, et électron.

 

 

 

Glossaire des particules – BOSONS

(de jauge, ou vecteurs)

Photon

*         Photon = quantum d'énergie électromagnétique.

*         Échanges d'énergie entre matière et rayonnement électromagnétique. Exemple: la lumière.

*         Se manifestent par paquets dits: quanta, selon la formule

E = h .

h = 6,62 × 10-34 joule-seconde

Constante de Planck

  est la fréquence de l'onde électromagnétique.

 

*         Masse nulle

*         Charge électrique nulle

*         Vitesse:                                c = 3 × 108 m/s

*         Quantité de mouvement     p = h . v / c = h /

et énergie                             E

sont liées par                       E = p . c

 

*         Effet Compton: diffusion de photons avec perte d'énergie. ce qui confirme l'hypothèse corpusculaire de la lumière.

Graviton

*         Vecteur de la force d'attraction universelle.

*         Jamais observé.

Gluon

*         Particule associée à l'interaction forte, ou plus précisément à la force de couleur qui s'exerce entre les quarks.

*         Selon le modèle standard, il y a 8 sortes de gluons, tous de masse nulle.

Bosons intermédiaires

W+ W-

Z0

*         Vecteurs de l'interaction faible.

*         Résultats de la collision de particules accélérées.

*         Le Z0 se désintègre après 10-27 secondes.

*         Il donne toutes les particules qui composent la matière

*         Découverts en 1983, au grand synchrotron du CERN

 

Glossaire des particules – Le boson de HIGGS

(explication de la masse)

Le Higgs

H0

*         Particule à part dans le modèle standard.

*         Le quantum d'excitation du champ de Higgs.

*         L'existence de ce champ permet d'expliquer pourquoi certaines particules fondamentales ont une masse.

*         Ce sont les bosons de jauge de l'interaction faible (bosons W et boson Z), leur conférant des propriétés différentes de celles du boson de l'interaction électromagnétique, le photon.

 

 

Antimatière

 

*    Chacune des particules de la matière dans le modèle standard à sa particule miroir dans l'antimatière:

*      Les particules chargées le sont ne sens opposés: les protons sont positifs et les électrons sont négatifs; les antiprotons sont négatifs et les antiélectrons (positrons) sont positifs;

*      Les autres restent avec leur charge nulle: neutrons et antineutrons.

*    L'Univers a théoriquement donné naissance à autant de matière que d'antimatière. Alors pourquoi, il n'existe aujourd'hui que de la matière?

*    Les deux aspects de la matière placés ensemble s'annihilent en une fraction de seconde.

*    Les physiciens savent fabriquer de l'antimatière depuis la fin des années 1990. En 2012, il commence à pouvoir l'observer en les maintenant dans un champ magnétique et en les balayant avec un faisceau de micro-ondes. Ils souhaitent utiliser des lasers plus précis pour arriver à comprendre le mystère de l'antimatière.


 
Antiparticule de l'électron: Français: positon; anglais: positron

 

Voir Matière noire

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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