neutron = proton + électron ?

[mr green genes]

Bonjour,

en physique, j'ai vu que lors de la radioactivité béta - un neutron éjecte un éléctron pour se changer en proton. Je savais également que quand la gravité est très puissante ( c'est dans les étoiles à neutrons que ça se passe ) les électrons tombent sur le noyau et fusionnent avec les protons pour faire des neutrons.

Mais mais mais ... par quelle diablerie cela est-il possible ...

[Coincoin]

Salut,
Ben c'est comme ça...
On peut même pas dire que le proton et l'électron sont dans le neutron, parce que si on envoie plein d'énergie, on peut créer une énorme quantité de particules (E=mc²). C'est le principe des accélérateurs de particules.

En physique des particules, tu as certaines lois de conservation (impulsion-énergie, charge, ...) mais ça n'empêche pas les particules de se désintégrer ou de réagir entre elles pour en former d'autres.

[sofys]

"un neutron éjecte un éléctron pour se changer en proton" ça expliquerait la charge nulle du neutron ??

[duschnok]

ce n'est pas une "explication", c'est juste la règle - jamais cassée- de conservation de la charge, au même titre que l'énergie, le moment cinétique, et d'autres.

la réaction exacte est neutron => electron + proton + antineutrino ( sauf erreur )

[Coincoin]

neutron => electron + proton + antineutrino

C'est ça. Il y a un antineutrino électronique qui embarque un peu d'énergie...

[shamrock]

Bonjour

La réaction a lieu au niveau des quarks du neutron.
Le neutron se compose de trois quarks
- deux quarks down (d) de charge électrique -1/3
- un quark up (u) de charge électrique +2/3

On peut déjà noter que la somme des charges fait zéro, ce qui est en accord avec la neutralité électrique du neutron.

Un des quarks d va se désintégrer par interaction faible. Cette interaction est décrite dans le Modèle Standard de la physique des particules :
d => u + W-

On a maintenant deux quarks u et un quark d, ce qui correspond à la composition d'un proton et la somme des charges donne bien +1.

Le W- de la réaction précédente est un boson de jauge, il a une charge -1. Il va à son tour se désintégrer.
W- => e- + antineutrino électronique

Si on met tout ensemble, on a bien la désintégration donnée par duschnok et Coincoin
neutron => electron + proton + antineutrino

[mr green genes]

Ha c'est bien le genre d'explication que j'attendais

par contre 2 ou 3 points restent quand même flous :

J'avais déjà vaaaguement entendu parlé du Boson W^- mais il était censé être un des vecteurs de la force nucléaire faible alors que vient-il faire là ? Excusez ma question naïve mais jusqu'à présent pour moi une particule vecteur de force était censée être de masse nulle donc là pour moi ça n'a pas ( encore ) de sens.

Et ensuite quelle est la différence entre un neutrino et un antineutrino ? Car quand la particule est chargée l'antiparticule associée est de charge opposée ça ok mais alors quand elle n'est pas chargée ni composée de quarks ? Qu'est-ce qui différencie la particule de l'antiparticule ?

[Coincoin]

J'avais déjà vaaaguement entendu parlé du Boson W- mais il était censé être un des vecteurs de la force nucléaire faible alors que vient-il faire là ?

L'interaction responsable de la désintégration du neutron est justement l'interaction faible.

mais jusqu'à présent pour moi une particule vecteur de force était censée être de masse nulle donc là pour moi ça n'a pas ( encore ) de sens.

Et bien non. On peut avoir des bosons vecteurs ayant une masse. C'est le cas des bosons porteurs de l'interaction faible. La conséquence est que l'interaction faible a une portée limitée (directement reliée à la masse du boson).

Et ensuite quelle est la différence entre un neutrino et un antineutrino ? Car quand la particule est chargée l'antiparticule associée est de charge opposée ça ok mais alors quand elle n'est pas chargée ni composée de quarks ? Qu'est-ce qui différencie la particule de l'antiparticule ?

Une antiparticule a toutes ses caractéristiques (sauf la masse) qui sont opposées, pas seulement la charge électrique. C'est une question d'actualité de savoir si le neutrino est sa propre antiparticule (comme l'est le photon) ou non.

[mr green genes]

Et bien non. On peut avoir des bosons vecteurs ayant une masse. C'est le cas des bosons porteurs de l'interaction faible.

Tout cela me laisse un peu perplexe pour l'instant, j'ai du mal à me représenter un objet "concret" ( enfin massif quoi ) transporter effectivement une force.

A ce propos pourquoi la masse de ces bosons est toujours comptée en GeV ? Le photon porte aussi une énergie mais il n'a pas de masse pour autant alors pourquoi on donne tout le temps la masse du boson par son équivalent en énergie ?

Une antiparticule a toutes ses caractéristiques (sauf la masse) qui sont opposées, pas seulement la charge électrique.

Ha bon mais je ne connais pas d'autres caractéristique qui peut avoir un opposé, c'est pour ça que je ne vois pas la différence

C'est une question d'actualité de savoir si le neutrino est sa propre antiparticule (comme l'est le photon) ou non.

Donc on ne sait pas si le neutrino est différent de l'antineutrino mais alors pourquoi dit-on que la particule qui va de paire avec l'électron dans la radioactivité béta - est l'antineutrino ?
Est-ce parce que l'électron c'est de la matière donc il faut que l'autre particule soit de l'antimatière ?

[Coincoin]

j'ai du mal à me représenter un objet "concret" ( enfin massif quoi ) transporter effectivement une force.

Premièrement, il ne faut mélanger concret et massif. Un photon n'est pas massif mais est aussi concret qu'un boson W... Si tu veux imaginer un boson massif transportant une force, imagine que les deux particules se jettent des bosons à la figure.

A ce propos pourquoi la masse de ces bosons est toujours comptée en GeV ? Le photon porte aussi une énergie mais il n'a pas de masse pour autant alors pourquoi on donne tout le temps la masse du boson par son équivalent en énergie ?

E=mc² ! L'énergie est la masse sont équivalentes. En physique des particules, il faut une échelle de masse adaptée (pour pas se traîner des 10^-30 partout). On peut utiliser le GeV/c² qui est la masse correspondant à une énergie de masse de 1 GeV. Bon, très vite en physique des particules, on oublie les c, et on confond joyeusement masse et énergie. Il est plus naturel de prendre la même unité pour la masse et l'énergie que d'utiliser des unités différentes.
Si tu veux une comparaison historique, il y a quelques siècles, on pensait que chaleur et énergie étaient deux choses différentes. On mesurait l'un en calories l'autre en joule. Puis on a découvert que les deux étaient équivalents, et on s'est mis à utiliser les joules pour parler de chaleur. Maintenant, on ne parle plus que d'énergie, et la chaleur n'en est qu'une forme. C'est la même chose si tu remplaces chaleur par masse...

Ha bon mais je ne connais pas d'autres caractéristique qui peut avoir un opposé, c'est pour ça que je ne vois pas la différence

Il n'y a pas que la force électrique dans la vie. Les autres interactions sont aussi liées à certaines caractéristiques (des "charges").

Donc on ne sait pas si le neutrino est différent de l'antineutrino mais alors pourquoi dit-on que la particule qui va de paire avec l'électron dans la radioactivité béta - est l'antineutrino ?
Est-ce parce que l'électron c'est de la matière donc il faut que l'autre particule soit de l'antimatière ?

Si l'antineutrino et le neutrino sont différents alors il s'agit bien d'un antineutrino. Si jamais c'est la même chose, on pourra dire que c'est un neutrino.
Le fait que ce soit un antineutrino est en effet lié au fait qu'il faut équilibrer matière et antimatière, plus précisément il faut conserver le nombre leptonique, qui vaut +1 pour un lepton (famille de l'électron, du neutrino, ...) et -1 pour un antilepton.
D'ailleurs une des voies pour déterminer si le neutrino est sa propre antiparticule est d'étudier la désintégration double-béta : on peut avoir une désintégration de 2 neutrons simultanément, ce qui va donner 2 électrons, 2 protons et normalement 2 antineutrinos. Si le neutrino et l'antineutrino sont la même chose, alors on devrait aussi voir des désintégrations double-béta sans neutrino, car (avec les mains) antineutrino=neutrino donc antineutrino+antineutrino=neut rino+antineutrino=0. Il y a donc des expériences en cours cherchant des traces de .

[Rincevent]

Tout cela me laisse un peu perplexe pour l'instant, j'ai du mal à me représenter un objet "concret" ( enfin massif quoi ) transporter effectivement une force.

ils sont virtuels donc pas concrets...

A ce propos pourquoi la masse de ces bosons est toujours comptée en GeV ?

pour la même raison qu'on pèse pas les bébés en tonnes : par commodité. En fait on mentionne leurs masses en GeV/c² (une énergie divisée par le carré de la vitesse de la lumière c'est une masse) parce que c'est une valeur typique qui donne le bon ordre de grandeur. Cherche la valeur de la masse du proton en kg et tu verras...

Le photon porte aussi une énergie mais il n'a pas de masse pour autant alors pourquoi on donne tout le temps la masse du boson par son équivalent en énergie ?

si tu as un système de particules dans lequel y'a plein de collisions, si l'énergie typique devient de l'ordre de grandeur de la valeur de la masse d'une particule (ou plutôt de son équivalent énergie), alors il est possible de voir la matérialisation de paires de cette particule et de son antiparticule. En clair, connaître ces masses en énergie te permet de voir quand ces particules deviennent importantes à prendre en compte pour décrire la physique du phénomène dont tu parles. Dans le cas du photon, c'est simple : 0 x c² = 0 donc dès que E>0, faut pas négliger les photons (si tu as des particules électriquement chargées).

Ha bon mais je ne connais pas d'autres caractéristique qui peut avoir un opposé, c'est pour ça que je ne vois pas la différence

la charge de couleur (cf quarks), les nombres leptoniques ou baryoniques, etc...

Donc on ne sait pas si le neutrino est différent de l'antineutrino mais alors pourquoi dit-on que la particule qui va de paire avec l'électron dans la radioactivité béta - est l'antineutrino ?
Est-ce parce que l'électron c'est de la matière donc il faut que l'autre particule soit de l'antimatière ?

oui... conservation du nombre leptonique... en fait la situation du neutrino est assez complexe et floue à l'heure actuelle... pour comprendre les bases sans te perdre, vaut mieux que tu oublies qu'ils sont têt pas si différents et que tu considères que neutrino et antineutrino sont réellement différent. Ca t'évitera de te perdre dans l'explication de trucs simples...

[edit] croisement

[Stan_94]

Bonjour,
toutes ces questions sont interessantes, mais il me semble que même les spécialistes n'ont pas toutes les clés pour y répondre. Par exemple, pourquoi certaines particules ont une masse et pas d'autres...
Sinon, pour apporter ma maigre contribution sur ce sujet, je dirai qu'un photon n'a pas de masse signifie simplement qu'un photon au repos n'existe pas ! Toute énergie = une masse et vice-versa. Un boson par contre à une masse (importante même) au repos. Par analogie, mais j'ai peur qu'elle soit fausse et source de confusion, je dirais q'une boule de billart, massique donc, transporte une force puisqu'en tapant une autre boule, elle en modifie l'état !

Ah tiens, Rincevent vient de répondre, donc j'arrête là tout y est dit et bien dit !!!

[mariposa]

pour la même raison qu'on pèse pas les bébés en tonnes : par commodité. En fait on mentionne leurs masses en GeV/c² (une énergie divisée par le carré de la vitesse de la lumière c'est une masse) parce que c'est une valeur typique qui donne le bon ordre de grandeur. Cherche la valeur de la masse du proton en kg et tu verras...

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Ce n'est pas essentiellement une question de commodité. en effet dans la physique des particules élémentaires il y a des réactions d'échange de formes d'énergie sous formes: cinétique, potentielle et de masse ce qui rend indispensable d'exprimer le tout en énergie.
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A contrario dans la physique "classique",mécanique, chimie il n'y a pas de conversion d'énergie sous forme de masse. dans ce cas la masse de chaque constituant est invariant seuls les échanges des autres forment d'énergie entre en compte.
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[deep_turtle]

Ce n'est pas essentiellement une question de commodité. en effet dans la physique des particules élémentaires il y a des réactions d'échange de formes d'énergie sous formes: cinétique, potentielle et de masse ce qui rend indispensable d'exprimer le tout en énergie.

Heu... Je ne suis pas sûr d'être d'accord... D'une part ce que tu dis n'explique pas qu'on choisisse le GeV plutôt que le joule... D'autre part, aue l'énergie soit conservée ou pas, on a le droit d'exprimer des masses en énergie/c2 en utilisant la relation E=mc2, c'est le choix d'une unité de masse, point barre, non ?

[Karibou Blanc]

c'est le choix d'une unité de masse, point barre, non ?

si

Le fait qu'il y ait conversion de masse en d'autres formes d'energies ou pas n'impose en rien un choix d'unité d'énergie particulier. On pourrait très bien utiliser le joule, la calorie, la Calorie ou le cheval vapeur que ca ne changerait rien au problème.

Par contre pour le problème de l'ordre de grandeur commode, je pense qu'on pourrait utiliser des multiples du joule : MJ, GJ ou TJ. Ce serait tout aussi bien commode que les MeV, GeV... a priori.
Cependant comme on a commencé par étudier des particules chargées, il est vite apparu pratique d'utiliser l'eV comme référence comme ca on a directement la valeur de la tension à appliquer pour accélérer les électrons dans la machine à l'énergie souhaitée.

KB