Naissance des atomes

[invite6e4c1038]

Bonjour, je suis nouvel inscrit ici, quelqu'un a-t-il la réponse sur le "mode de naissance" des atomes existant dans l'univers ? voir plus en détail sur la durée de vie des atomes ? et leur transformation ? (particulièrement les atomes dits stables).
j'espère que vous aurez des réponses, merci d'avance.


Plus particulièrement je m'intéresse à la science des particules et j'ai fais un petit blog sur le microcosme et le macrocosme à une adresse donc si j'ai fait une erreur sur mon blog vous pourrez mettre un message de correction, adresse du blog : http://longuevue01.skyblog.com/
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[GillesH38a]

Comme tu sais peut être, tous les atomes actuels sont constitués de 3 types de particules, les protons, les neutrons (associés ensemble dans le noyau), et les électrons (qui tournent autour).

Dans un atome neutre, il doit y avoir autant d'électrons (qui portent une charge négative) que de protons (qui portent une charge positive). Ce nombre de protons = électrons s'appelle le numéro atomique Z, il caractérise le type chimique de l'atome. Z=1 correspond à l'hydrogène, Z =2 à l'hélium, etc... jusqu'à Z = 92, l'uranium, l'atome le plus lourd connu dans la nature (mais on sait en faire des un peu plus lourds artificiellement dans les réacteurs nucléaires ou les accélérateurs). En revanche le nombre de neutrons N n'est pas fixé a priori. Pour des raisons de stabilité un peu longues à expliquer, il doit être a peu près égal à Z pour les atomes légers, et atteindre jusquà environ 1,5 fois Z pour les plus lourds. Différents atomes de même Z mais de N différents ont presque les mêmes propriétés chimiques mais des masses différentes. Exemple Uranium 238 = 92 protons + 146 neutrons (le plus courant) Uranium 235 = 92 protons + 143 neutrons (plus rare, mais seul utilisable tel quel pour la fission nucléaire).

Pour revenir à la question de l'origine, avant de produire les atomes il a fallu produire... les particules. C'est un problème tout sauf simple. En effet au début de l'Univers, juste après le Big Bang, il y avait tellement d'énergie concentrée que la physique était très différente de celle actuellement. Il y avait une soupe de particules et de forces différentes de celles actuelles, mais mal connues. En se refroidissant, il y a eu probablement une ou plusieurs "transitions de phase", ou les particules se sont "figées" sous leur forme actuelle, un peu comme de l'eau qui cristallise en glace en se refroidissant. Les détails de cette transition sont inconnus. Un problème non résolu est celui de l'asymétrie matière/antimatière : on s'attend à ce qu'il y ait au début autant de particules que d'antiparticules. Or les deux s'annihilent mutuellement pour donner des photons (en gros, de la lumière). Si leur nombre avait été EXACTEMENT égal, il ne devrait plus rien rester à la fin! or nous observons de la matière autour de nous, mais presque pas d'antimatière. Soit donc la matière est un tout petit peu plus stable que l'antimatière, soit l'antimatière existe ailleurs cachée dans des régions très lointaines de l'Univers. Bien qu'on favorise la première hypothèse, ce n'est pas complètement tranché.

Bref d'une manière ou d'une autre les particules, protons, neutrons , électrons ont été créées et ont survécu au refroidissement. Après l'Univers continuant à se refroidir, il y a eu une phase très brève (quelques minutes), pendant laquelle les protons et les neutrons ont commencé à s'associer. Mais ça a duré tellement peu de temps que le processus n'est pas allé très loin. Les seuls noyaux créés à cette époque ont été l'hydrogène léger (c'est juste un proton, il y a rien à faire!), l'hydrogène lourd ou deutérium (1 proton+1 neutron), les hélium 3 et 4 ( 2 proton + 1 ou 2 neutron), et un peu de lithium 6 et 7 (3 protons+ 3 ou 4 neutrons). C'est pratiquement tout et c'est très peu ! Les électrons se sont attachés aux noyaux beaucoup plus tard, environ 300 000 ans après, au moment ou le "rayonnement cosmologique" que nous détectons actuellement a été émis et a pu se propager sans absorption.

Tous les autres atomes ont du attendre beaucoup plus longtemps pour se former (de l'ordre du milliard d'années), il a fallu en fait attendre que des étoiles se forment par effondrement du gaz. L'intérieur des étoiles est une formidable usine nucléaire réalisant la fusion de noyaux en noyaux de plus en plus lourds. Le Soleil convertit actuellement de l'hydrogène en hélium, c'est l'origine primordiale de l'énergie qu'il nous envoie (ce que les scientifiques aimeraient réaliser dans des réacteurs à fusion comme le fameux projet ITER). A la fin de sa vie, devenu une géante rouge, il convertira l'hélium en carbone et en oxygène. Une étoile un peu plus massive permettra d'aller plus loin dans la nucléosynthèse, créant petit à petit tous les noyaux naturels connus. Les plus grosses terminant leur vie en supernova qui expulsera l'essentiel de sa matière dans le milieu interstellaire, permettant la naissance d'autres étoiles entourées de planètes. Ainsi le Soleil entouré de ses planètes est déjà le résidu de la formation d'étoiles de générations antérieures. Tous les atomes qui sont dans ton corps ( à part l'hydrogène) ont été créés à un moment dans le coeur d'une étoile ancêtre du Soleil. Ca fait rêver non?

[invite6e4c1038]

Merci,
peut-on alors dire qu'au début la quasi totalité des particules ont formé des atomes d'hydrogène ?
Il est estimé qu'actuellement la totalité de l'univers renferme environ 75% d'hydrogène, comment est on arrivé à cette estimation ?
Tous les atomes existant à l'heure actuelle ont donc été créée durant le big bang ? et quelle est leur durée de vie ? que se passe t-il lors de la fin d'un atome ? les éléments constitutifs d'un atome "meurt" t'ils ?
Quel est la "composition" d'un neutron, proton et électron ? qu'est ce qui les différencie au niveau de leur composition à part leur caractéristique électrique ?
Merci de vos réponses.

[GillesH38a]

Je vais répondre en commençant par la fin
Pour les particules, l'électron est considéré par les théories actuelles comme réellement élémentaire. Il n'y a pas de "sous-particule".
Le proton et le neutron sont en revanche constitué de quarks, qui ont des charges fractionnaires de +2/3 (quark u) ou -1/3 (quark d). Un proton est ainsi la réunion de deux u et un d (uud) ce qui fait une charge 2/3 +2/3-1/3 = 1, et un neutron de deux d et un u , de charge nulle.

Il existe des tentatives d'expliquer les électrons et les quarks par des particules encore plus élémentaires, mais rien n'est très concluant pour le moment.

La plupart des atomes sont absolument stables, une fois formés ils ne se décomposent pas spontanément. Ils sont éternels. Les exceptions sont les atomes radioactifs, qui se décomposent par plusieurs processus possibles de radioactivité par exemple un neutron peut se transformer en un proton + un électron (+ une autre particule très légère, le neutrino). Mais ils sont très peu abondants, heureusement pour nous. D'ailleurs les atomes très instables se décomposent vite, donc ne restent pas longtemps!
L'atome d'hydrogène est le plus abondant parce que c'est le plus simple : un proton et un électron. C'est simplement le reste de la "soupe" de particules initiales, une fois que toutes les particules instables se sont désintégrées. La plupart des protons ne se sont pas combinés à des neutrons (il n'y en avait pas assez) et sont restés betements tous seuls, jusqu'a ce que la température de l'Univers ait assez baissé (aux environ de 3000 °C ) pour qu'ils s'attachent aux électrons (on parle de l'époque de la "recombinanison").

On mesure l'abondance de l'hydrogène (en fait de tous les atomes) par différentes méthodes spectroscopiques et d'après les modèles d'évolution des étoiles, mais c'est un peu long a détailler....

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6e4c1038]

merci gillesh , mais selon vous : "les atomes très instables se décomposent vite, donc ne restent pas longtemps!" dans ce cas ces atomes instables ne seront plus fabriqués naturellement ? aussi j'ai une autre question : si l'anti-matière rencontre son équivalent matière en cas une énergie est liberé mais il semble qu'il ne reste plus rien des atomes et des antiatomes, la matière et l'antimatière s'annihilant il ne reste plus rien, est il concevable que la totalité de l'univers rencontre"l'anti-univers" en ce cas comment expliquer ce qu'il "resterait" à part la libération d'énergie correspondante car elle est elle-même temporaire, mais après ????