Notion de particule élémentaire.

[papy-alain]

Bonjour à tous.

Selon la définition classique, une particule élémentaire ne possède pas de structure interne. Pour un électron, ça ne me pose pas de problème conceptuel. Par contre, ce qui me surprend, c'est que la théorie considère les quarks comme élémentaires. Ils se différencient pourtant en "up" et "down" avec, pour chacun, trois sous-variétés, soit six au total. Cette diversité me semble incompatible avec l'absence de structure interne puisqu'on peut les différencier. J'aimerais connaître votre avis sur la question.

Merci par avance.
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[invite54165721]

Le spin d'un electron peut aussi etre up ou down tout en réstant élémentaire.

[coussin]

Les 6 quarks sont six particules différentes. Ce sont d'ailleurs, par certains égards, le pendant des six leptons.
Si tu n'as pas de problèmes avec l'électron, un des 6 leptons, je ne comprends pas comment tu peux avoir un problème avec, par exemple, le up, un des 6 quarks.

[FlyingDeutschmann]

Les physiciens se posent la question d'une structure interne pour toutes les particules connues, il existe des modèles qui proposent ce genre de choses. Mais à l'heure actuelle, aucun indice expérimental ne permet de soupçonner l'existence d'une structure interne, et cela impose des restrictions fortes sur ce type de modèles.

[A voir en vidéo sur Futura]

[vaincent]

Bonjour,

Bonjour à tous.

Selon la définition classique, une particule élémentaire ne possède pas de structure interne. Pour un électron, ça ne me pose pas de problème conceptuel. Par contre, ce qui me surprend, c'est que la théorie considère les quarks comme élémentaires. Ils se différencient pourtant en "up" et "down" avec, pour chacun, trois sous-variétés, soit six au total. Cette diversité me semble incompatible avec l'absence de structure interne puisqu'on peut les différencier. J'aimerais connaître votre avis sur la question.

Merci par avance.

L'électron n'est pas unique non plus. Il y a le muon et le tauon. Et on a une symétrie du point de vue de l'interaction faible, car l'électron et le neutrino associé forme un doublet pour SU(2) tout comme le u et le d. Même chose pour les générations suivantes. De toute façon, il n'y a pas de raison que ce soit lié au caractère élémentaire d'une particule. On mesure si une particules est élémentaire ou pas en étudiant la section efficace de diffusion sur la particule en question. Et ce que l'on voit pour les quarks les leptons, c'est qu'ils sont ponctuels.

[papy-alain]

...Et cette notion ne résulte-t-elle pas d'un problème d'investigation ? Par exemple, parce qu'on n'a pas l'énergie suffisante pour provoquer, dans les accélérateurs de particules, des collisions entre quarks ? Ne dit on pas qu'une particule est élémentaire dés l'instant où la possibilité de la désintégrer dépasse nos capacités technologiques actuelles ? (Un peu comme dans l'Antiquité Grecque où les atomes étaient élémentaires)

[vaincent]

...Et cette notion ne résulte-t-elle pas d'un problème d'investigation ? Par exemple, parce qu'on n'a pas l'énergie suffisante pour provoquer, dans les accélérateurs de particules, des collisions entre quarks ? Ne dit on pas qu'une particule est élémentaire dés l'instant où la possibilité de la désintégrer dépasse nos capacités technologiques actuelles ? (Un peu comme dans l'Antiquité Grecque où les atomes étaient élémentaires)

La situation n'est tout de même pas comparable. Bien entendu, on peut toujours l'imaginer, mais jusqu'à preuve du contraire, les quarks et les leptons sont considérés comme élémentaires. En tous cas l'argument de départ (une asymétrie entre les quarks et les leptons) ne tenait pas.

[Noix010]

et si on se mettait d'accord sur ce qu'est une particule, et ce qu'est une structure interne...

[coussin]

La notion de particule est en fait assez compliquée et même mal définie dans le cas d'un champ en interaction (ce qui est toujours le cas en fait...). Pour la structure interne, je pense que ça veut simplement dire est-ce que la particule est fondamentale ou composite.

[papy-alain]

et si on se mettait d'accord sur ce qu'est une particule, et ce qu'est une structure interne...

La définition trouvée sur wikipédia m'a l'air assez bonne :

-les particules élémentaires en sont ses constituants les plus infimes actuellement connus, et sont décrite par le modèle standard de la physique des particules ;
-les particules composites sont des agrégats de particules élémentaires ou d'autres particules composites ;
-les particules subatomiques regroupent les particules élémentaires et les particules composites de taille inférieure à l'atome.

Et pour ce qui est de posséder une structure interne, c'est justement le cas des particules composites. Une particule élémentaire, par contre, on ne sait pas de quoi elle est faite. Je ne sais pas si les physiciens se posent la question (sans doute que oui) mais que répondre ? Est ce un concentré d'énergie ? Est ce un ensemble de cordes ? Va savoir...

[Noix010]

Je comprends pas pourquoi cette notion est si peu enseigné et qu'il faut aller chercher dans les notes de bas de page pour en trouver une définition satisfaisante.

Wigner dans les année 30 a proposé de définir une particule comme une représentation irréductible du groupe Poincaré. Effectivement cette définition ne se généralise pas si on a une interaction et que le groupe de Poincaré n'est plus une symétrie.

Je pense qu'avant d'aller plus loin il serait bien de comprendre le pourquoi du comment, peut être voir la construction des représentation du groupe de Poincaré, les valeurs propres du casimir caractérisant chaque représentation irréductible et ayant l'interprétation de masse au carré. Et même avant, se poser la question de ce qu'est la quantification, en gros comment on décrit les choses en mécanique quantique.

Parce que sinon, on en reste à la notion classique, et on attend qu'un vulgarisateur nous raconte une belle histoire.

[Paraboloide_Hyperbolique]

Plus simplement, si je ne dis pas de bêtises, en mécanique quantique une particule est représentée mathématiquement par une fonction d'onde de l'espace de Hilbert (ensemble des fonctions carrés intégrables sur un domaine donné):

[Madarion]

Les physiciens se posent la question d'une structure interne pour toutes les particules connues, il existe des modèles qui proposent ce genre de choses. Mais à l'heure actuelle, aucun indice expérimental ne permet de soupçonner l'existence d'une structure interne, et cela impose des restrictions fortes sur ce type de modèles.

Si je comprend bien, un échange de gluon entre quarks permet de changer leurs couleurs.
Donc en dessous des quarks il y a des gluons ?

[Deedee81]

Salut,

Si je comprend bien, un échange de gluon entre quarks permet de changer leurs couleurs.

Oui car les gluons portent eux-mêmes une charge de couleur (contrairement aux photons qui n'ont pas de charge électrique)

Donc en dessous des quarks il y a des gluons ?

Non, non. Les gluons et les quarks sont sur le même pied. Les quarks sont des fermions (particules de matière) et les gluons des particules qui transmettent l'interaction forte (tout comme les photons transmettent l'interaction électromagnétique).

[Gilgamesh]

Si par "en dessous" tu veux dire que le gluons serait une sous-structure du quark, non.

Quarks et gluons sont deux genre de particules élémentaires qui possèdent une charge de couleur. Plus exactement, le quark possède une charge de couleur, et le gluon une charge de couleur associée à une anti-charge de couleur.

Comme cette charge est conservée lors de l'échange, lorsque deux quarks échangent un gluon, le quark "émetteur" perd sa couleur initiale et gagne la couleur correspondant à l'anticouleur du gluon émis. Inversement le quark "récepteur" gagne la couleur reçu et perd sa couleur initiale correspondant à l'anti-couleur du gluon.

Exemple :

Soient deux quarks, un r (rouge) et un v (vert).
Ils échangent un gluon r _v (rouge, anti-vert).
Le quark r devient v et le quark v devient r.
Ils ont simplement échangé leur couleur, ce qui conserve la charge.

edit:croisement avec Deedee

[skeptikos]

Bonjour,
Si on considère que la charge élémentaire n'est pas celle de l'électron, mais 1/3 de celle-ci, celle du quark d, cela implique pour l'électron une sous structure.
Mais on peut également considérer que les quarks ne sont pas élémentaires, mais des morceaux détachés comme un bras, une jambe d'un corps . L’impossibilité d'observer un quark isolé et d'étudier sa propagation semble aller dans ce sens.
Je sens que je vais faire hurler dans les chaumières mais du débat peut jaillir la lumière.
@+

[haraelendil]

Bonjour,
Si on considère que la charge élémentaire n'est pas celle de l'électron, mais 1/3 de celle-ci, celle du quark d, cela implique pour l'électron une sous structure.

Non, cela implique juste que l'électron aurait une charge de 3, rien n'empeche une particule élémentaire d'avoir une charge qui est un multiple de la "charge élementaire" (enfin pas que je sache^^)

[skeptikos]

On revient au problème de l'origine de la charge électrique.
On peut, comme certains, lui donner une origine topologique, c'est à dire être la conséquence d'une sous structure sur la forme spatiale de l'électron.
On peut, comme d'autres, lui donner un formalisme mathématique sans conséquences autres qu'électromagétiques. Et dans ce cas je suis d'accord avec toi.
Mais personnellement, j'aime pas un effet sans cause.
@+

[Deedee81]

Salut,

rien n'empeche une particule élémentaire d'avoir une charge qui est un multiple de la "charge élementaire" (enfin pas que je sache^^)

Tu as raison mais je n'en connais pas.

Mais personnellement, j'aime pas un effet sans cause.

Il s'agit plus d'une raison que d'une cause : pourquoi y-a-t-il des charges = pourquoi a-t-on les symétries de jauge U(1), SU(2), etc.... et pourquoi est-ce quantifié ?

On ne sait pas. En tout cas dans le Modèle Standard. Les seules réponses partielles viennent ou viendront de la théorie des cordes (enfin, à ce que je sais. Les boucles ne disent pas pourquoi non plus et je ne sais pas pour les géométries non commutatives).

[skeptikos]

Bonjour Deedee81,
Je n'aime pas un effet sans raison apparente.
La triangulation dynamique causale "CDT" (très mal nommée à mon goût) me semble plus apte à donner des réponses à ces questions que la théorie des cordes.
@+

[Deedee81]

Je n'aime pas un effet sans raison apparente.

C'est ce qu'on appelle "paramètres libres" dans une théorie. Personne n'aime ça

La triangulation dynamique causale "CDT" (très mal nommée à mon goût) me semble plus apte à donner des réponses à ces questions que la théorie des cordes.

Je ne connais qu'assez peu les travaux aussi dans ce domaine. Mais ce que tu dis me semble malgré tout étonnant (j'avais déjà lu quelques travaux notamment sur l'explication du nombre de dimensions.... je n'ai pas été convaincu !!!)

Pourquoi selon toi serait-elle apte à apporter des réponses ?

Note que la théorie des cordes explique déjà la quantification de la charge (pour la même raison que la théorie de Kaluza-Klein qui le faisait déjà : le simple repliement des dimensions supplémentaires implique cette quantification). Par contre, pour les groupes, ça dépend des types de cordes, des branes et des repliements. Elle ne dit donc pas pourquoi c'est CETTE solution là qui est correcte. Il y a des espoirs du coté des dualités et la théorie M ainsi que du coté des formulations de type "darwinienne", mais franchement j'ignore l'état de l'art (la théorie des cordes n'étant pas ma tasse de thé, je ne suis pas toujours au fait des développements récents).

[Madarion]

Non, non. Les gluons et les quarks sont sur le même pied. Les quarks sont des fermions (particules de matière) et les gluons des particules qui transmettent l'interaction forte (tout comme les photons transmettent l'interaction électromagnétique).

Un peut à la même manière de la brique avec du ciment !?

Mais la brique et le ciment sont tous les deux des fragments de pierres.

Y aurait-il un sous système ?
Juste un petit dernier tenant surement sur une variable

[Paminode]

rien n'empeche une particule élémentaire d'avoir une charge qui est un multiple de la "charge élementaire" (enfin pas que je sache^^)

Tu as raison mais je n'en connais pas.

Comme ont dit Skeptikos et Haraelendil, si l'on choisit par convention comme unité de charge électrique le quark d = 1, alors il y a beaucoup de particules de charge 3.

[Paraboloide_Hyperbolique]

Un peut à la même manière de la brique avec du ciment !?

Mais la brique et le ciment sont tous les deux des fragments de pierres.

Y aurait-il un sous système ?
Juste un petit dernier tenant surement sur une variable

Bonjour,

En effet, les gluons sont responsables du confinement des quarks au sein de particules composites. Cependant, quarks et gluons sont considérés comme étant des particules élémentaires jusqu'à preuve du contraire.

Votre analogie avec la brique et le ciment est à la limite acceptable pour décrire la situation (encore que). Cependant, inférer que les quarks et le gluons sont composites à partir du fait que la brique et le ciment le sont est logiquement faux (au sens où la logique du raisonnement est fausse). Plus précisément, il s'agit d'un syllogisme; comme par exemple: "si Socrate est vivant et si un chat est vivant, alors Socrate est un chat".

[Deedee81]

Salut,

Comme ont dit Skeptikos et Haraelendil, si l'on choisit par convention comme unité de charge électrique le quark d = 1, alors il y a beaucoup de particules de charge 3.

En effet. Mais ici je pensais à une particule élémentaire de charge +2e par exemple. Il n'y en a pas mais je suis incapable de dire si c'est lié à la quantification de la charge ou si c'est juste lié au fait que le nombre de types de particule élémentaire est fini et donc qu'on ne peut évidemment avoir qu'un nombre fini d'exemples.

[Evelyne Rouillé]

Merci à tous et à toutes de nous faire tant apprendre!