Particule élémentaire
En physique, une particule élémentaire ou fondamentale est une particule qui n'est pas composée d'autres particules. Une particule élémentaire peut appartenir à l'un des deux groupes suivants : un fermion ou un boson. Les fermions sont les éléme…
En physique, une particule élémentaire ou fondamentale est une particule qui n'est pas composée d'autres particules.
Une particule élémentaire peut appartenir à l'un des deux groupes suivants : un fermion ou un boson. Les fermions sont les éléments constitutifs de la matière et ont une masse, tandis que les bosons se comportent comme des porteurs de force pour les interactions des fermions et certains d'entre eux n'ont pas de masse. Le modèle standard est le moyen le plus accepté pour expliquer le comportement des particules et les forces qui les affectent. Selon ce modèle, les particules élémentaires sont ensuite regroupées en quarks, leptons et bosons de jauge, le boson de Higgs ayant un statut spécial en tant que boson non de jauge.
Parmi les particules qui composent un atome, seul l'électron est une particule élémentaire. Les protons et les neutrons sont chacun constitués de 3 quarks, ce qui en fait des particules composites, c'est-à-dire des particules constituées d'autres particules. Les quarks sont liés entre eux par les gluons. Le noyau possède des champs de pion de boson responsables de la forte force nucléaire qui lie les protons et les neutrons contre la répulsion électrostatique entre les protons. Ces pions virtuels sont composés de paires de quarks antiquarks à nouveau maintenus ensemble par les gluons.
Il existe trois propriétés de base qui décrivent une particule élémentaire : masse", "charge" et "spin". Une valeur numérique est attribuée à chaque propriété. Pour la masse et la charge, le nombre peut être égal à zéro. Par exemple, un photon a une masse nulle et un neutrino a une charge nulle. Ces propriétés restent toujours les mêmes pour une particule élémentaire.
- Messe : Une particule a une masse si elle a besoin d'énergie pour augmenter sa vitesse, ou pour l'accélérer. Le tableau à droite donne la masse de chaque particule élémentaire. Les valeurs sont données en MeV/c2s (qui se prononce mégélectronvolts sur "c" au carré), c'est-à-dire en unités d'énergie sur la vitesse de la lumière au carré. Cela provient de la relativité spéciale, qui nous dit que l'énergie est égale à la masse multipliée par le carré de la vitesse de la lumière. Toutes les particules ayant une masse produisent de la gravité. Toutes les particules sont affectées par la gravité, même les particules sans masse comme le photon (voir relativité générale).
- Charge électrique : Les particules peuvent avoir une charge positive, ou négative, ou aucune. Si une particule a une charge négative et une autre une charge positive, les deux particules sont attirées l'une vers l'autre. Si les deux particules ont une charge négative, ou si elles ont toutes deux une charge positive, les deux particules sont écartées l'une de l'autre. À courte distance, cette force est beaucoup plus forte que la force de gravité qui attire toutes les particules ensemble. Un électron a une charge -1, un proton une charge +1. Un neutron a une charge moyenne de 0. Les quarks normaux ont une charge de ⅔ ou -⅓.
- Spin : Le moment angulaire ou la rotation constante d'une particule a une valeur particulière, appelée son nombre de spin. Le spin des particules élémentaires est un ou ½. La propriété de spin des particules indique uniquement la présence d'un moment angulaire. En réalité, les particules ne tournent pas.
La masse et la charge sont des propriétés que nous voyons dans la vie quotidienne, car la gravité et l'électricité affectent les choses que les humains voient et touchent. Mais le spin n'affecte que le monde des particules subatomiques, il ne peut donc pas être observé directement.
Fermions
Les Fermions (du nom du scientifique Enrico Fermi) ont un numéro de spin de ½, et sont soit des quarks soit des leptons. Il existe 12 types de fermions différents (sans compter l'antimatière). Chaque type est appelé une "saveur". Les saveurs sont :
- Quarks : haut, bas, charme, étrange, haut, bas. Les quarks se présentent en trois paires, appelées "générations". La première génération (haut et bas) est la plus légère et la troisième (haut et bas) est la plus lourde. Un membre de chaque paire (haut, charme et haut) a une charge de ⅔. L'autre membre (bas, étrange et bas) a la charge -⅓.
- Leptons : électron, muon, tau, neutrino d'électron, neutrino de muon, neutrino de tau. Les neutrinos ont une charge 0, d'où le préfixe "neutr-". Les autres leptons ont une charge de -1. Chaque neutrino est nommé d'après son lepton d'origine correspondant : l'électron, le muon et le tauon.
Six des 12 fermions sont censés durer éternellement : les quarks up and down, l'électron et les trois sortes de neutrinos (qui changent constamment de saveur). Les autres fermions se décomposent. C'est-à-dire qu'ils se décomposent en d'autres particules une fraction de seconde après leur création. La statistique Fermi-Dirac est une théorie qui décrit le comportement des collections de fermions. Essentiellement, vous ne pouvez pas avoir plus d'un fermion au même endroit en même temps.
Bosons
Les bosons, nommés d'après le physicien indien Satyendra Nath Bose, ont un spin 1. Bien que la plupart des bosons soient constitués de plus d'une particule, il existe deux types de bosons élémentaires :
- Les bosons de jauge : gluons, bosons W+ et W-, bosons Z0, et photons. Ces bosons portent 3 des 4 forces fondamentales, et ont un nombre de rotation de 1 ;
- Gluon : Les gluons sont des particules sans masse et sans charge, et ils sont les porteurs de la forte interaction des forces. Avec les quarks, ils s'associent pour former des particules composites appelées hadrons, qui comprennent des protons et des neutrons.
- Les bosons W et Z : Les bosons W et Z sont des particules qui portent la force faible. Le boson W possède une particule de matière (W+) et une particule d'antimatière (W-), tandis que le boson Z est sa propre antiparticule. Le boson W est produit par désintégration bêta, mais se transforme presque immédiatement en neutrino et en électron. Les bosons W et Z ont tous deux été découverts en 1983.
- Photon : Les photons sont des particules sans masse et sans charge qui transportent la force électromagnétique. Les photons peuvent avoir une certaine fréquence qui détermine le rayonnement électromagnétique qu'ils sont. Comme toutes les autres particules sans masse, ils se déplacent à la vitesse de la lumière (300 000 km/s).
- Le boson de Higgs : Les physiciens pensent que les particules massives ont une masse (c'est-à-dire qu'elles ne sont pas de purs faisceaux d'énergie comme les photons) en raison de l'interaction de Higgs.
Le photon et les gluons n'ont pas de charge, et sont les seules particules élémentaires qui ont une masse de 0 à coup sûr. Le photon est le seul boson qui ne se décompose pas. La statistique Bose-Einstein est une théorie qui décrit le comportement des collections de bosons. Contrairement aux fermions, il est possible d'avoir plus d'un boson dans le même espace en même temps.
Le modèle standard comprend toutes les particules élémentaires décrites ci-dessus. Toutes ces particules ont été observées en laboratoire.
Le modèle standard ne parle pas de la gravité. Si la gravité fonctionne comme les trois autres forces fondamentales, alors la gravité est portée par le boson hypothétique appelé le graviton. Le graviton n'a pas encore été trouvé, il n'est donc pas inclus dans le tableau ci-dessus.
Le premier fermion découvert, et celui que nous connaissons le mieux, est l'électron. Le premier boson découvert, et aussi celui que nous connaissons le mieux, est le photon. La théorie qui explique le plus précisément comment l'électron, le photon, l'électromagnétisme et le rayonnement électromagnétique fonctionnent ensemble est appelée électrodynamique quantique.
Questions et réponses
Q : Que sont les particules élémentaires ?
R : Les particules élémentaires sont des particules qui ne sont pas constituées d'autres particules.
Q : A combien de groupes appartiennent les particules élémentaires ?
R : Les particules élémentaires peuvent appartenir à l'un des deux groupes suivants : fermions ou bosons.
Q : Qu'est-ce que le modèle standard ?
R : Le modèle standard est la façon la plus acceptée d'expliquer le comportement des particules et les forces qui les affectent.
Q : Comment les particules élémentaires sont-elles regroupées selon le modèle standard ?
R : Selon le modèle standard, les particules élémentaires sont regroupées en quarks, leptons et bosons de jauge, le boson de Higgs ayant un statut spécial en tant que boson de non-jauge.
Q : Les protons et les neutrons sont-ils considérés comme des particules élémentaires ?
R : Non, les protons et les neutrons ne sont pas considérés comme des particules élémentaires car ils sont constitués de 3 quarks chacun, ce qui en fait des particules composites - c'est-à-dire qu'ils sont constitués d'autres particules plus petites.
Q : Quelles propriétés décrivent une particule élémentaire ?
R : Il y a trois propriétés de base qui décrivent une particule élémentaire : la masse, la charge et le spin. Une valeur numérique est attribuée à chaque propriété.
Q : La gravité affecte-t-elle tous les types de particules, même celles qui n'ont pas de masse comme les photons ?
R : Oui, tous les types de particules, y compris celles sans masse comme les photons, subissent la gravité en raison de la relativité générale.
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Auteur
AlegsaOnline.com Particule élémentaire Leandro Alegsa
URL: https://fr.alegsaonline.com/art/30773
Sources
- books.google.com : Particles and fundamental interactions: an introduction to particle physics