NOMBRES - Curiosités, théorie et usages

 

Accueil                           DicoNombre            Rubriques           Nouveautés      Édition du: 18/10/2016

Orientation générale        DicoMot Math          Atlas                   Références                     M'écrire

Barre de recherche          DicoCulture              Index alphabétique                               

     

Physique nucléaire

 

Débutants

Général

PARTICULES

 

Glossaire

Atome

Glossaire

Neutrino

 

 

INDEX

Particules

 

Introduction

Électrons

Nucléons

Nomenclature

Neutrinos

Quarks

Caractéristiques

Unification

Forces

Masse

 

Sommaire de cette page

>>> Atomes

>>> Stabilité

>>> Fermions – Matière

>>> Bosons – Forces (luxon)

>>> Graviton

>>> Historique

 

 

 

 

 

 

 

 

PROPRIÉTÉS DES PARTICULES

La physique des particules est aussi appelée physique des hautes énergies. En effet, pour les observer il faut monter en énergie plus elles sont fugitives. Pour cela, les physiciens utilisent des accélérateurs de plus en plus gigantesques. À ce propos, les particules sont accélérées à des vitesses qui s'approchent de celle de la lumière pour bénéficier des effets de la relativité: le temps est ralenti, laissant la possibilité d'observer les particules les plus fugaces.

 

Nouvelle particule (mi-2015)

GLUINO: particule supersymétrique, partenaire du gluon.

Les chercheurs espèrent la trouver au CERN en utilisant le Grand Collisionneur de Hadrons nouvellement boosté. Particule qui pourrait expliquer la matière noire. 

CMS physicists searched for the gluino, the supersymmetric cousin of the gluon. The red box shows where the gluino is listed.

Source: supersymetric glue: the search for gluinos – CERN

 

 

 

 

ATOMES

 

Dimensions

Atome

Noyau

Électron

10-10 m

10-15 m

0 ou < 10-18 m

Rapport =>

100 000

100 millions

 

Volume: beaucoup de vide

 

*       Volume de l'atome:  99,9999999999999% de vide.

*       En supprimant le vide de l'atome, la Terre serait une sphère de 150 mètres de rayon au lieu de 6 000 km.

*       On peut pousser le raisonnement plus loin: le protons et les neutrons sont formés de quarks. Ce sont des particules sans volume. Le noyau est fait de vide. Et  … l'atome est donc complètement vide !

 

Masse

Nucléon

(proton ou neutron)

Électron

1,7 10-27 kg

9,1 10-31 kg

99,97%

de la masse d'un atome est dans son noyau.

1 836

moins lourd qu'un nucléon.

Suite en Masse

 

Atome d'hydrogène grossi mille milliards de fois (1012)

 

Fiction

Atome

Noyau

(1 proton)

Électron

(1 électron)

Diamètre

100 m

1 mm

< 1 µ

Masse (tonnes)

 

1 700 000

900

Voir Hydrogène

 

 

Particule ou onde: les deux à la fois …

 

*       À chaque particule est associée une onde.

*       Relation fondamentale de la mécanique ondulatoire:

 = h / p

*    Onde de longueur d'onde

*    Particule de quantité de mouvement p

*    Liées par la constante de Planck h

*    Formule de Louis de Broglie.

 

 

 

Nature des particules

Contrairement à ce que l'on pourrait penser, les briques de bases ne sont pas des particules physiques, mais des champs. Comme le champ électrique ou magnétique. Un champ est réparti un peu partout dans l'espace et varie avec le temps.

Chaque particule est associée à son champ. L'électron est en fait un champ électronique, une sorte de fluide réparti dans l'espace. Ce que nous observons comme étant un électron est une perturbation dans le champ, une ondulation particulière.

Toutes les particules sont des ondulations de champ.

Ces champs peuvent être vus à la manière des montagnes où l'eau coule sur la ligne de plus grande pente. Il en va ainsi des interactions entre particules.

 

Every particle is actually a field. The universe is full of fields, and what we think of as particles are just excitations of those fields, like waves in an ocean. An electron, for example, is just an excitation of an electron field.

said Caltech theoretical physicist Sean Carroll

 

 Par exemple, la radioactivité s'explique mieux en termes de champs. Les neutrons mutent en protons et les électrons en neutrinos. Il ne s'agit pas d'une métamorphose, mais simplement d'une excitation différente de champ, d'un échange d'énergie entre champs.

Le boson de Higgs est, en fait, un champ dont l'excitation se traduit par la prise de masse de la "particule".

Voir Champ de gravitation

D'après un texte de conférence de Sean Caroll (anglais)

 

 

STABILITÉ

 

*       Il n'y a, en tout et pour tout, que quatre particules stables dans le monde atomique:

 

Électron

Proton

Neutron

Photon

  

 

*       Il en existe des centaines d'autres particules, mais qui sont infiniment moins stables, se désintégrant soit presque instantanément après leur apparition, soit au bout d'un temps plus ou moins long.

*       La majorité des physiciens retiennent qu'au niveau ultime de la matière, les particules, identifiées comme fondamentales sont à la fois " élémentaires " et " composites ". Ces particules sont bien constituées d'éléments, mais ces éléments sont de même nature qu'elles.

*       Pour prendre une image, tout ce passe comme si une tarte aux pommes coupée en deux donnait deux nouvelles tartes aux pommes entières, absolument identiques à la tarte originale. Quelle que soit la façon de s'y prendre, il est impossible d'obtenir deux demi-tartes.

*       C'est la base de la théorie des quarks.

 

 

 

 

FERMIONS - PARTICULES de la MATIÈRE

LEPTONS & QUARKS

 

Toutes ces particules ont un spin de 1/2

Famille 1

Famille 2

Famille 3

LEPTONS

e – 

ÉLECTRON

0,511 MeV/c²

Masse référence: 1

Charge -1

MUON (méson mu)

105,659 MeV/c²

Masse: 200

Charge -1

TAU

1 784,2 MeV/c²

Masse: 3500

Charge -1

NEUTRINO

Électronique

< 2,2 10-6 MeV/c²

Charge nulle

Vitesse lumière

NEUTRINO

Muonique

< 170 MeV/c²

Charge nulle

Vitesse lumière

NEUTRINO

Tauique

< 15,5 MeV/c²

Charge nulle

Vitesse lumière

QUARKS

u

UP

2,4MeV/c²

Charge +2/3

 

c

CHARM

1 270 MeV/c²

Charge +2/3

 

t

TOP ou truth

171 200 MeV/c²

Charge +2/3

 

d

DOWN

4,8 MeV/c²

Charge -1/3

 

s

STRANGE

104 MeV/c²

Charge -1/3

 

b

BOTTOM ou beauty

4 200 MeV/c²

Charge -1/3

 

Voir Tableau synthétique

 

Note: Pour dernières mise à jour de ces valeurs (masses)
consultez Internet. Tableau ci-dessus: valeur connues en fin 2015

 

Commentaires

*       Le mot lepton signifie faible masse. Ce qui le cas de l'électron, mais la masse du lepton Tau est 3 500 fois supérieure à celle de l’électron.

*       Les masses sont données en électronvolts (eV), méga (MeV) ou giga GeV. En fait: MeV/c² et GeV/c².

 

*       Toutes ces particules forment la matière, ce sont des fermions. La première famille, la famille électronique, compose la matière ordinaire.

*       Les quarks u et d sont les constituants des protons et des neutrons.

*       L'électron est caractéristique du courant électrique.

*       Le neutrino est émis par les réacteurs nucléaires.

*       Les deux autres familles ne se rencontrent qu'au laboratoire.

 

*       En existe-t-il d'autres ? La théorie du Big Bang dit non.

 

 

 

 

BOSONS: PARTICULES VÉHICULES de FORCES

Sym.

Nom

Spin

Charge

Masse

(GeV/c²)

Effet

Photon

1

0

0

Électromagnétique

Phénomènes électriques

Vitesse de la lumière

W+

W-

Boson vecteur W

1

+1

−1

80,4

Interaction faible

Désintégrations radioactives

Lent, durée de vie courte (10-24 s)

Z0

Boson vecteur Z

1

0

91,2

g

Gluon

1

0

0

Interaction FORTE

Colle les quarks

Vitesse de la lumière

H0

Boson de Higgs

0

0

> 112

Masse? Non observé

G

Graviton

2

0

0

Gravitation ? Non observé

Photon

Gluon

Graviton

Sont des luxons: particules se déplaçant dans le vide à la vitesse de la lumière

Leur masse au repos est nulle, mais le luxon n'est jamais au repos.

 

 

Commentaires

*       Il existe d'autres bosons, des bosons massifs formés de deux quarks: Pions, K, Ro et Oméga.

 

Et après?

*       Où s'arrêtera donc notre recherche des matériaux ultimes? Peut-être sur trois particules qui, à elles seules, semblent constituer l'Univers tout entier:

*       électron

*       quark U ( pour Up)

*       quark D (pour Down)

*       A elles seules, ces trois types de particules paraissent assurer toute la prodigieuse variété de la matière rencontrée dans la nature.

 

 

 

Graviton et boson de Higgs

Voir Bosons BEH / Gravitation  / Masse (les deux types)

 

 

GRAVITON

 

*       Particule hypothétique messager de la gravité (boson / luxon).

*       Interaction attractive de portée infinie.

*       Masse nulle, spin égal à 2, se déplace à la vitesse de la lumière.

 

*       Postuler son existence semble naturel du fait que pour les autres forces fondamentales, les interactions sont bien expliquées par la mécanique quantique.

*       La théorie de la gravité quantique reste en échec pour le moment (2015).

*       Le boson de Higgs qui expliquerait la masse des fermions est désormais observé.  Est-il encore nécessaire de postuler l'existence du graviton?

*       La théorie des cordes donne pourtant une place importante au graviton.

*       Les physiciens pensent que réconcilier (unifier) la gravité et la mécanique quantique nécessiterait des observations à 10-35 m alors que les meilleurs instruments actuels atteignent 10-19 m.

Voir Échelle des objets infiniment petits

 

 

 

 

HISTORIQUE du nombre de particules

 

Thalès

1

*    Eau (tout est eau).

 

Empédocle

4

*    Air - terre - eau – feu.

 

Démocrite

?

*    Atomes de formes diverses.

1803

John Dalton

1

*    Nécessité de l'atome.

1900

Chimistes

92

*    Éléments chimiques.

1910

Lord Rutherford

2

*    Atome = noyau et électrons.

 

 

3

*    Puis le photon.

1930

 

4

*    Noyau = neutrons et protons.

aujourd'hui

matière

12

*    Quarks et leptons.

 

mais, en fait

60

*    Particules: avec les bosons de jauge, les nuances des quarks et les antiparticules.

 

  Antiparticules

 

Les antiparticules ont été imaginées dans le cadre de la théorie quantique des champs pour rendre cohérents les principes connus comme ceux de la mécanique quantique et ceux de la relativité.

À chaque particule est associée une antiparticule de même masse et de charge électrique opposée.

Toutes les antiparticules ont été effectivement détectées.

 

Selon Ettore Majorana en 1937, certaines particules seraient leurs propres antiparticules. Elles tireraient leur mase de leur interaction avec elles-mêmes. En 2014, l'équipe d'Ali Yazdani (Princeton) utilise un microscope à effet tunnel, ce qui leur a permis d'observer des excitations quantiques, des quasi-particules.

D'après La recherche décembre 2014 

 

Voir  L'homme émet de l'antimatière

 

 

 

 

 

 

Suite

*    Théories – Unification

*    Autres pages

*    Particules alpha, bêta et gamma

*    ParticulesIndex

*    Plus de 200 particules

Voir

*    Atomes dans l'univers

*    Atomes lourds

*    Cordes

*    Effet Edison

*    Éléments chimiques

*    Masse des particules

*    Mécanique quantique

*    Planck

Livre

*    Higgs, le boson manquant – Sean Carrroll – Belin: pour la science – 2013

Site

*    Le boson de Higgs pour les nuls – Vidéo de quatre minutes qui explique simplement l'atome jusqu'au boson de Higgs.

Cette page

http://villemin.gerard.free.fr/Science/PaPartic.htm