troisième famille de fermions

[Rann]

Bonjour,

Afin de compléter la troisième famille et pour expliquer un phénomène nouveau (la violation de la symétrie CP), une troisième famille de quarks, les quarks b et t, furent introduits dans la théorie.
Pouvez vous m'expliquer, si c'est possible en quelques mots, ce qu'est "la violation de symétrie CP"?

Néanmoins, pour que la troisième famille soit complète, il manque le neutrino tau dont l'existence n'est pas remise en question mais n'a pour l'instant pas été mise en évidence expérimentalement de manière directe. Par contre, le nombre de neutrinos de masse inférieure à 45GeV a été mesuré et il est de trois, ce qui rend l'existence du neutrino tau indispensable.

Comment a t on effectué cette mesure?

merci
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[Karibou Blanc]

ce qu'est "la violation de symétrie CP"

Si CP (qui est le produit de la conjugaison de charge par la parité) est une symétrie de la nature, les particules chargées d'une certaine chiralité (disons droite) se comporte de la même facon que leurs anti-particules de chiralité opposée. Il est impossible de les distinguer et ces deux types de particules n'étant pas indépendants constituent un seul degré de liberté et non deux.
Les interactions faibles sont l'unique source de violation de CP, cad que les particules droite n'interagissent pas "faiblement" de la meme facon que les anti-particules gauches. Cette violation de CP est extrêmement faible dans le modèle standard et se retrouve uniquement dans le secteur des quarks à partir de trois familles de quarks massifs.

Néanmoins, pour que la troisième famille soit complète, il manque le neutrino tau dont l'existence n'est pas remise en question mais n'a pour l'instant pas été mise en évidence expérimentalement de manière directe

Dans le modèle standard, il n'est pas nécessaire qu'il y ait le meme nombre de familles de quarks que de leptons, c'est seulement intéressant lorsqu'on s'intéresse à des modèles de grandes unifications pour lesquels grosso modo on considère que les quarks et les leptons sont un seul et meme type de fermion.
En revanche, le tau a été observé directement et ses produits de désintégrations ont été mesuré également.

le nombre de neutrinos de masse inférieure à 45GeV a été mesuré et il est de trois, ce qui rend l'existence du neutrino tau indispensable.

La cosmologie et notamment la nucléosynthèse primordiale a permis de déterminer de manière assez certaine qu'il n'existe pas plus de trois neutrinos différents.

Comment a t on effectué cette mesure?

C'est assez complexe, pour la nucléosynthèse on a mesuré le rapport de densité des éléments lègers formés au cours de l'adolescence de l'univers. Les théories cosmologiques et particulaires permettent de prédire ces rapports, et on reproduit bien les données mesurés pour 3 neutrinos differents.

[Rann]

Merci pour cette réponse,

En fait, après la découverte du lepton "tau" pour ne pas violer la symétrie CP il a fallu créer, pour la théorie, une nouvelle série de quarks b et t qui seront découverts ultérieurement.

Pour la nucléosynthèse primordiale c'est le moment ou peu après le big bang les quarks s'assemblent pour former les nucléons

[Karibou Blanc]

pour ne pas violer la symétrie CP il a fallu créer, pour la théorie, une nouvelle série de quarks b et t

Non. CP est une symétrie exacte dans le secteur des leptons. Elle l'est également dans le secteur des quarks lorsqu'ils sont tous massifs et et groupés en 1 ou deux familles. Il n'a pas fallu ajouter b et t pour ne pas violer CP, puisqu'en fait CP est violée s'il y a au moins trois familles de quarks massifs.

Pour la nucléosynthèse primordiale c'est le moment ou peu après le big bang les quarks s'assemblent pour former les nucléons

Plus précisèment c'est l'époque (pas peu après le BB mais plus tard c'est pourquoi je parlais d'adolescence) à laquelle les premiers atomes se sont formés. Il s'agit donc des plus lègers comme hydrogène, helium et lithium (ainsi que leurs isotopes stables respectifs.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gwyddon]

La cosmologie et notamment la nucléosynthèse primordiale a permis de déterminer de manière assez certaine qu'il n'existe pas plus de trois neutrinos différents.

Neutrinos légers non ? Sinon on ne s'embêterait pas à chercher des neutrinos dit stériles

[Rann]

Il faut bien reconnaître que je n'ai pas compris!

Si cela ne vous embête pas, je vais reprendre ce qui me semble acquis
La conjugaison de charge: c'est les évênements qui se déroule de la même manière qu'il s'agisse de particules ou d'antiparticules et
La chiralité c'est le mvt, logiquement de même sens dans un miroir, il s'agit bien du spin?
Or lors de l'interaction faible responsable de la radioactivité et qui agit sur toutes les particules et plus particulièrement le neutrino celle ci viole la symétrie CP.
Ce que je voudrais comprendre étant incapable de manipuler l'outil mathématique c'est si cette violation de symétrie est responsable du petit supplement de matière au détriment de l'antimatière.
Et si c'est cette violation qui permet l'existance du Mésons, particule incluant un quark et un antiquark sans désintégration?

[Karibou Blanc]

La conjugaison de charge: c'est les évênements qui se déroule de la même manière qu'il s'agisse de particules ou d'antiparticules

Il faut plutot le voir ainsi si C (la conjugaison de charge) est une symétrie exacte : les particules droites (gauches) se comportent comme leurs anti-particules gauches (droites).
Si P (parité) est une symétrie exacte : les particules droites se comportent comme les particules gauches.
Et si le produit CP est une symétrie exacte : les particules droites (gauches) se comportent comme leurs anti-particules droites (gauches).

La chiralité (le fait d'etre droit ou gauche) est une conséquence du spin certes. C'est relié au groupe des transformations de Lorentz qui est au centre de la relativité restreinte et dont les fermions de Dirac (spin 1/2) en sont des représentations (du groupe de Lorentz) disons dédoublées contenant un demi-fermion (de Weyl) droit et un autre demi-fermion gauche.
La parité (qui est bien l'image miroir) revient à inverser la chiralité de chaque demi-fermion.

Or lors de l'interaction faible responsable de la radioactivité et qui agit sur toutes les particules et plus particulièrement le neutrino celle ci viole la symétrie CP.

L'interaction faible n'agit que sur les particules droites (et sur les antiparticules gauches) qui ont une charge faible. Par exemple les quarks droits ne sentent pas l'interaction faible. Et c'est en effet elle qui brise légèrement CP mais uniquement dans le secteur des quarks, pas des neutrinos.

Ce que je voudrais comprendre étant incapable de manipuler l'outil mathématique c'est si cette violation de symétrie est responsable du petit supplement de matière au détriment de l'antimatière.

C'est en effet une des conditions nécessaire pour produire un exces de matière par rapport à l'anti-matière. Lorsque cet excès a été mesuré avec précision on s'est rendu compte que le modèle standard de la physique des particules ne brisait pas assez CP pour expliquer un tel excès. C'est une des (nombreuses) raisons pour lesquelles on est sur qu'il existe une nouvelle physique plus riche (avec de nouvelles particules, symétries...) à une plus petite échelle (plus grande énergie). Cette dernière doit être source, en plus de l'interaction faible entre quarks, de violation de CP de manière à comprendre notre univers et son asymétrie matière/anti-matière.

Et si c'est cette violation qui permet l'existance du Mésons, particule incluant un quark et un antiquark sans désintégration?

Non, car les mésons sont bien constitué d'un quark et d'un anti-quark mais d'un type différent, il n'y a donc pas annihiliation.

[Gwyddon]

Euh... Karibou tu n'aurais pas emmêlé les pinceaux de C et de CP ?

[Karibou Blanc]

Euh... Karibou tu n'aurais pas emmêlé les pinceaux de C et de CP ?

Non, la conjugaison de charge transforme bien une particule en son anti-particule de chiralité opposée. Car la matrice représentant C dans l'espace des spineurs est i gamma_0 gamma_2 qui est "hors-diagonal" donc un spineur de Weyl droit, partie supérieure du spineur de Dirac, devient un spineur de Weyl gauche, partie inférieur du spineur de conjugué sous C.

Pour un spineur de Dirac droit par exemple

[invite64c4b5da]

"L'interaction faible n'agit que sur les particules droites (et sur les antiparticules gauches) qui ont une charge faible. Par exemple les quarks droits ne sentent pas l'interaction faible. Et c'est en effet elle qui brise légèrement CP mais uniquement dans le secteur des quarks, pas des neutrinos."
Grace a la decouverte des oscillations de neutrinos, on pourrait penser qu'il puisse y avoir une violation de CP chez les leptons aussi. Mais ce ne sera pas teste experimentalement avant des annees...

A noter qu'une violation de CP entraine automatiquement une violation de T aussi (renversement du temps), ce qui parraitrait a priori etrange.

"Par contre, le nombre de neutrinos de masse inférieure à 45GeV a été mesuré et il est de trois, ce qui rend l'existence du neutrino tau indispensable."
Pour completer ce sujet, il s'agit du collisionneur LEP qui travaillait avec un faisceau de 45 GeV produisant ainsi des bosons Z de 90 GeV qui a experimentalement montre qu'il n'existait que 3 familles de neutrinos lies au Z (ce qui n'exclut pas un neutrino sterile non lie au Z ou un neutrino beaucoup plus lourd).

[Gwyddon]

Non, la conjugaison de charge transforme bien une particule en son anti-particule de chiralité opposée. Car la matrice représentant C dans l'espace des spineurs est i gamma_0 gamma_2 qui est "hors-diagonal" donc un spineur de Weyl droit, partie supérieure du spineur de Dirac, devient un spineur de Weyl gauche, partie inférieur du spineur de conjugué sous C.

Pour un spineur de Dirac droit par exemple

Ok j'ai regardé dans le Peskin, effectivement c'est ça. Mais ça me trouble, car au départ on définit la conjugaison de charge uniquement en disant que l'on transforme les opérateurs de création de particules en création d'antiparticules, pareils pour les opérateurs de destruction, et au final on voit que ça joue sur la chiralité aussi, cette dernière étant sensée être concernée principalement par la symétrie P.


C'est donc en définitive CP qui transforme une particule en son antiparticule, et non C non ?

[Karibou Blanc]

ce qui parraitrait a priori etrange.

Tout semble indiquer à l'échelle macroscopique qu'il y ait une fleche du temps (second principe de la thermo, irréversibilité...), je ne vois en quoi une brisure de l'invariance par renversement du sens du temps serait étrange à l'échelle microscopique. Le contraire me paraitrait plus étrange.

il s'agit du collisionneur LEP qui travaillait avec un faisceau de 45 GeV produisant ainsi des bosons Z de 90 GeV qui a experimentalement montre qu'il n'existait que 3 familles de neutrinos lies au Z (ce qui n'exclut pas un neutrino sterile non lie au Z ou un neutrino beaucoup plus lourd).

Merci de cette précision

[Karibou Blanc]

C'est donc en définitive CP qui transforme une particule en son antiparticule, et non C non ?

Tout dépend de ce qu'on appelle une anti-particule

[Gwyddon]

Bah disons que je ne veux pas modifier a priori la chiralité, donc il faut que j'applique CP plutôt que C il me semble d'après ce que je viens d'apprendre avec toi

Tu confirmes ?

[Rann]

Bonsoir,
Bien, je n'ai pas votre niveau et je n'ai donc pas tout compris. Au risque de dire des bétises mais pour me permettre d'avancer dans ma lecture et comprendre l'épisode de la création du surplus de matière. Celle ci est du à la violation de symétrie CP mais l'explication par le modèle standard n'affiche pas cette asymétrie de manière suffisante.
Le Kaon, est un méson (2 quarks) c'est sa propre antiparticule , principe de la neutralité des couleurs? c'est une particule qui ne se désintègre pas de façon symétrique, elle priviligie les positrons donc l'antimatière.
Comment expliquer la violation du nombre baryonique lors du début de l'univers? et la prolifération de matière
Le taux d'energie élevé transforme les quarks en positrons et les antiquarks en électrons donc tout cela s'annihile?
Je ne parviens pas à comprendre qu'il resta 1 quark sur 1 milliard.
En laboratoire on observe des antiparticules, des noyaux antihelium mais a t on observé des antiatomes?

[Gwyddon]

Bonsoir,
Bien, je n'ai pas votre niveau et je n'ai donc pas tout compris.

On en apprend toujours, par exemple aujourd'hui grâce à cette discussion j'ai compris un truc, il ne me reste plus que la confirmation du karibou

En laboratoire on observe des antiparticules, des noyaux antihelium mais a t on observé des antiatomes?

Il me semble qu'au CERN on a déjà créé des atomes d'anti-hydrogène. A confirmer...

[invite64c4b5da]

"Tout semble indiquer à l'échelle macroscopique qu'il y ait une fleche du temps (second principe de la thermo, irréversibilité...), je ne vois en quoi une brisure de l'invariance par renversement du sens du temps serait étrange à l'échelle microscopique. Le contraire me paraitrait plus étrange."

Oui tout a fait d'accord, mais apres des annees passees a etudier des equations microscopiques invariante par t -> -t, cela finit par s'insinuer dans notre cerveau comme une regle... Or il faut toujours se mefier des regles...
Et puis on apprend que l'irreversibilite macroscopique n'est pas forcement due a une irreversibilite microscopique (Bolzman...).

"Il me semble qu'au CERN on a déjà créé des atomes d'anti-hydrogène. A confirmer..."

Oui plusieurs experiences ont observe des noyaux d'antihelium.
Des experiences tentent aussi d'en chercher dans l'espace.
Il existe aussi l'experience ATHENA qui produit des atomes d'antihydrogene. Le but est de verifier la symetrie CPT en verifiant que les niveaux d'energie d'un antihydrogene sont similaires a ceux d'hydrogenes.

[Karibou Blanc]

et comprendre l'épisode de la création du surplus de matière. Celle ci est du à la violation de symétrie CP mais l'explication par le modèle standard n'affiche pas cette asymétrie de manière suffisante.

C'est ca. On a besoin pour cela d'une extension du modele standard.

Bah disons que je ne veux pas modifier a priori la chiralité, donc il faut que j'applique CP plutôt que C il me semble d'après ce que je viens d'apprendre avec toi

Tu confirmes ?

Disons que conventionnellement on appelle anti-particule le conjugué de charge de la particule. Maintenant pour ce qui est de la chiralité on peut en quelque sorte la voir comme une charge de Parité, or C a pour effet de changer toutes les charges (de jauges et autres symétries discretes comme la parité), donc une anti-particule a une chiralité opposée.
Je pense que ca tient la route de voir ca comme ca.

Et puis on apprend que l'irreversibilite macroscopique n'est pas forcement due a une irreversibilite microscopique (Bolzman...).

Certes, il faudrait que je révise un peu ma mécanique statistique

Le Kaon, est un méson (2 quarks) c'est sa propre antiparticule

Ben déjà non, tout les mésons sont fait d'une paire quark/anti-quark. Et puis la plupart des kaons sont chargés électriquement donc ne sont pas leur anti-particule (et puis à faire attention ce sont des particules composites).

c'est une particule qui ne se désintègre pas de façon symétrique, elle priviligie les positrons donc l'antimatière.

Il faut regardes tous les produits de la réaction de désintégration des Kaons (neutres) : il y a un c'est cette réaction qui est favorisée dans le modèle standard (par rapport à son symétrique CP). Je suis pas un expert de la violation de CP mais je pense qu'au final ca privilégie la matière et non l'anti-matière.

Comment expliquer la violation du nombre baryonique lors du début de l'univers? et la prolifération de matière

Ben justement c'est ce dont parle tout ce fil, relis le en entier au besoin.
Sinon on ne sait pas encore tres bien comment l'expliquer, on a juste de bonnes pistes qui demandent confirmations. Ce dont on est sur est qu'il a fallu un moment dans l'histoire l'univers ou C,P,CP soient violées et ceux dans une situation d'hors équilibre thermique. La transition de phase électrofaible réunit tous ces ingrédients et on a trouvé un mécanisme de production de surplus de matière au cours de cet événement, donc ca constitue une tres bonne piste.

En laboratoire on observe des antiparticules, des noyaux antihelium mais a t on observé des antiatomes?

C'est vrai. Mais c'est de l'antimatière fabriquée en laboratoire (disons artificiellement) et puis elle fut fabriqué via des processus qui ont produit la meme quantité de matière en meme temps (on a juste séparé les deux ensuites) donc ca a peu de chose à voir avec la violation de CP dans l'univers primordial.

[Gwyddon]

Pour l'irréversibilité macro, c'est même difficile à concilier avec le théorème de récurrence de Poincaré non ?

Ah au fait merci Karibou, je serai moins con ce soir

[invite64c4b5da]

"Pour l'irréversibilité macro, c'est même difficile à concilier avec le théorème de récurrence de Poincaré non ?"

Ca depend sur quelle echelle de temps on resonne. La recurrence est souvent longue. En tout cas rapidement plus longue que l'age de l'Univers si le systeme devient un peu complique.

[Gwyddon]

Justement, *en toute rigueur* même à l'échelle macro il n'y a pas irréversibilité si on s'appuie sur ce théorème. C'est juste que comme tu le dis le temps de récurrence est trèèès long

[Thwarn]

Il faut regardes tous les produits de la réaction de désintégration des Kaons (neutres) : il y a un c'est cette réaction qui est favorisée dans le modèle standard (par rapport à son symétrique CP). Je suis pas un expert de la violation de CP mais je pense qu'au final ca privilégie la matière et non l'anti-matière.

Juste pour pinailler, il y aurai pas un petit probleme de conversation du nombre leptonique?

Genre un au lieu d'un ou un au lieu d'un

[Rann]

Juste pour pinailler, il y aurai pas un petit probleme de conversation du nombre leptonique?

Genre un au lieu d'un ou un au lieu d'un

Bien vu
c'est ce qui fait que ce site est redoutable, rien ne passe inaperçu
La desintingration du Kaon° c'est la priviligié ou c'est la non priviligié
c'est d'ailleurs pour ca que je pensais que c'etait l'antimatière qui etait en surplus dans ce cas

On tout les cas merci bien de prendre de votre temps pour nous renseigner