NOMBRES - Curiosités, théorie et usages

 

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Physique nucléaire

 

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Glossaire

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INDEX

Particules

 

Introduction

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Nucléons

Nomenclature

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Quarks

Caractéristiques

Unification

Forces

Masse

 

Sommaire de cette page

>>> Les six quarks

>>> Hadrons

>>> Gluons

>>> C'est quoi un quark ?

 

 

  

 

QUARKS

 

Les quarks, ce sont les grains qui vont par trois et qui forment neutrons, protons  et d'autres particules…

 

Leur taille: 10-20 m ou même, selon la théorie des cordes: 10-35 m

À titre comparatif le rayon de l'Univers est de: 12,7 109 x 1016  1026 m

 

  Comparaison: distance en mètres

 

 

  

LES SIX QUARKS

 

*       À chaque quark correspond un antiquark.

 

       6 quarks

et    6 antiquarks

=> 12 saveurs de quarks.

 

*       Top et Bottom sont aussi nommés Beauté et Vérité.

 

Voir Familles complètes

 

*       Chaque quark possède également une couleur parmi trois: bleue, verte ou rouge.

*       Les quarks ont une charge électrique fractionnaire de +2/3 ou -1/3.

 

*       Le quark Top a été identifié en 1995 à Chicago. C'était la dernière particule qui manquait aux douze particules constituant l'organisation ultime de la matière.

*       La théorie de quarks est ainsi confortée après plus de vingt ans de traque dans les grands accélérateurs de particules.

 

*       Le nom Quark provient d'un roman de J. Joyce, Finnegans Wake. On y trouve la phrase: Three quarks for Muster Mark.

Caractéristiques

 

Nom

Symbole

Charge e

Masse en MeV/c2

(Fourchette min/max)

Up

u

+ 23

1,5

3,3

Down

d

13

3,5

6,0

Charm

c

+ 23

1 160

1 340

Strange

s

13

70

130

Top

t

+ 23

174 980décembre 2014

Bottom

b

     13

4 130

4 370

 

*       Spin des quarks: ½

*       Isospin: ½ pour up et down; 0 pour strange;

*       Étrangeté: 0 pour up et down; 1 pour strange;

*       Nombre baryonique: 1/3

 

 

 

 

 

HADRONS

 

Hadron: particule élémentaire susceptible d'interaction forte.

 

Quarks en protons, neutrons, mésons …

 

 

Lepton: particule insensible à la force nucléaire forte.

 

Électrons, neutrinos, leurs antiparticules

Voir Forces, interactions

 

*       Les quarks ne peuvent exister qu’en groupes: les HADRONS.

*       Avec six quarks, on pourrait obtenir 216 combinaisons de hadrons.

*       Les deux hadrons les plus populaires sont le proton et le neutron.

 

*       Il existe deux classes de hadrons :

Les BARYONS : trois quarks:

Proton:      deux up et un down => uud

Neutron:    un up et deux down => udd

Les MÉSONS : un quark et un antiquark.

Pion  +     =>  ud

Méson +  =>  ud

 

BARYON

MÉSON

q q q

q & a-q?

NEUTRON

PROTON

PION  -

u d d

u u d

u d

 

*       La charge globale d’un hadron est toujours un nombre entier.

*       Alors que les quarks possèdent une couleur, les hadrons sont chromatiquement neutres.

 

 

Voir Chemin octuple

 

 

Quelques combinaisons de quarks (antiparticules en bleu):

 

u u d

*    proton

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u d

*    pion positif

u d d

*    neutron

d u

*    pion négatif

u d s

*    lambda

u u + d d

*    pion neutre

u u s

*    sigma plus

u s

*    kaon positif

d d q

*    sigma moins

s u

*    kaon négatif

d s s

*    xi moins

d s

*    kaon neutre

u s s

*    xi zéro

d s

*    antikaon neutre

s s s

*    oméga moins

c c

*    méson J/psi

 

 

b b

*    méson upsilon

 

 

 

GLUONS

 

*       Gluon: particule élémentaire, agent des interactions entre les quarks.

*       Le liant, associé aux forces d'interaction forte, est appelé: champ gluonique, et la particule de quantum de ce champ: gluon.

*       Il y aurait 8 sortes de gluons, tous de masse nulle.

 

 

 

 

C'EST QUOI UN QUARK ?

 

MÉTAPHORE DE L'OBSERVATION DES QUARKS

 

Imaginons le peuple Pasnoirblanc qui ne voit pas les objets en noir et blanc. Ils ne voient pas les zèbres ou, pour notre histoire, un ballon de football.

 

Ils assistent à un match. Les joueurs donnent des coups de pied en l'air, ils s'affrontent deux à deux, se déploient sur le terrain. Après un coup de sifflet, l'un deux, à l'extérieur du terrain lève les bras et les autres regardent, puis s'agitent. Parfois le goal s'élance. La foule crie et l'autre équipe marque un point.

 

Les Pasnoirblancs essaient de comprendre. La différence de maillot indique qu'il y a deux équipes. On peut même déduire une symétrie entre joueurs de chaque équipe. Mais le jeu reste obscur! On classe, on cherche les zones de déplacement de chacun, on compare… Il en résulte des graphiques, des formules et des règles du jeu compliquées, mais l'essentiel du jeu n'est pas compris.

 

Quand une personne émet une idée: – et s'il y avait un ballon invisible. Il avait observé, en effet, quelques particularités qui avaient éveillé son imagination: juste avant que la foule crie et que l'arbitre siffle un but, il avait observé un léger renflement très bref du filet dans le fond du but. Renflement hémisphérique, d'où l'idée d'un ballon invisible pour les Pasnoirblancs.

 

En admettant l'existence d'un ballon, tout s'expliquait facilement. Les graphiques et les formules imaginées s'expliquent et se simplifient grandement.

 

Cette métaphore illustre bien la problématique de la physique des particules et en particulier celle des quarks. L'hypothèse de l'existence de ces particules explique de nombreux phénomènes, bien qu'on n'ait jamais pu les observer. C'est le cas pour la détection des exoplanètes par anomalies gravitationnelles.

 

 

 Au cinéma

 

Cette métaphore est mise en scène dans le film Timbuktu qui vient de sortir où l'on voit deux équipes qui jouent au foot sans ballon. Jouer au foot est interdit par les djihadistes, mais en l'occurrence, ils ne peuvent rien dire, faute de ballon. C'est l'une des séquences les plus réussies de cet excellent film...             Merci à Bernard L.

 

Timbuktu, film de Abderrahmane Sissako – déc. 2014 – Non loin de Tombouctou tombée sous le joug des extrémistes religieux …

 

 

 

 

 

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