Particule composite et élémentaire

[kokux0503]

Bonjour,

J'aimerais savoir si une particule peut-être à la fois composite et élémentaire ?

Merci de vos réponses.
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[XK150]

Bonjour ,
Une simple recherche vous donne la réponse :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Partic...%C3%A9mentaire
https://fr.wikipedia.org/wiki/Particule_composite

Donc , c'est non : par définition une particule composite est composée de particules élémentaires .
Une particule élémentaire est une particule dont on ne connaît pas la composition ( aujourd'hui ...) .

[0577]

Bonjour,

L'image mentale habituellement associée à la notion de particule composite est celle d'un système lié de particules "plus petites" en interaction (exemple: un atome d'hydrogène composé d'un électron et d'un proton liés par interaction électromagnétique). Cette notion n'est raisonnable que si les vitesses de ces particules sont non-relativistes (petites par rapport à la vitesse de la lumière) et si l'énergie d'interaction est faible. Si l'énergie cinétique ou l'énergie d'interaction est de l'ordre de l'énergie de masse (mc^2) des particules, alors on peut avoir création de paires particules-antiparticules par "matérialisation" de cette énergie en énergie de masse. Autrement dit, dans un système quantique relativiste, le nombre de particules n'est pas conservé et l'idée d'un nombre fixe de particules "composant" une autre particule n'a pas de sens.

Il s'ensuit que les notions "naïves" de "particule élémentaire" et "particule composite" sont plus subtiles qu'il n'y paraît. En particulier, ces notions n'ont pas de sens intrinsèque dans une théorie quantique relativiste. Elles ne font sens que par un choix additionnel de limite des paramètres ou de description mathématique. On peut donner un sens précis à une phrase telle que "un proton est composé de trois quarks" mais cela requiert un certain niveau de sophistication en théorie quantique des champs.

On peut construire mathématiquement une théorie dépendant de paramètres qui, dans une limite des paramètres admet une description en termes de "particules élémentaires" et "particules composites", qui dans une différente limite des paramètres admet une différente description en termes de "particules élémentaires" et "particules composites", et telle que, lorsqu'on compare ces différentes descriptions, les "particules élémentaires" sont échangées avec les "particules composites". Autrement dit, une particule peut être à la fois élémentaire ou composite selon le point de vue adopté.

[kokux0503]

Merci de votre réponse.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Murmure-du-vent]

@0577

la difficulté avec la notion de particule que tu souleves est liee a l appartenance ou non a
un espace de Fock.
elle est tres souvent et a tort confondue avec l opposition onde particule.
de fait on peut tres bien avoir des superpositions d etats dans les espaces de Fock.
pourrais tu indiquer des exemples ou il y a un vrai pb avec la notion de particule?
ce qui me vient a l esprit c est ce qui apparait pour les observateurs uniformement accelerés
et le probleme en espace courbe pour definir des ondes planes a energie positive.

[0577]

Bonjour,

@0577
pourrais tu indiquer des exemples ou il y a un vrai pb avec la notion de particule?
ce qui me vient a l esprit c est ce qui apparait pour les observateurs uniformement accelerés
et le probleme en espace courbe pour definir des ondes planes a energie positive.

Ma remarque concernait un observateur inertiel en espace-temps de Minkowski et ne présente pas de problème pour la notion de particule (les questions liées aux observateurs accélérés et à la courbure de l'espace-temps existent mais sont en un sens plus compliquées que celles auxquelles je faisais référence). Elle ne présente un problème que pour la distinction "élémentaire/composite".

Pour une théorie quantique relativiste en espace-temps de Minkowski, il y a une notion bien établie de "particule" (quantique relativiste) qui peut sembler technique mais qui a l'avantage d'avoir un sens. L'espace de Hilbert des états de la théorie est une représentation du groupe de Poincaré et se décompose donc en termes de représentations irréductibles. Une particule est une représentation irréductible dans cette décomposition apparaissant de manière discrète. (J'emploie toujours "particule" au sens de "particule quantique relativiste" et jamais au sens de "particule classique").

En suivant cette définition, un électron, un proton et un photon sont des particules de l'électrodynamique quantique. Un quark n'est pas une particule de la chromodynamique quantique ("il n'y a pas de quarks isolés en QCD"). Un proton est une particule de la chromodynamique quantique. Un atome d'hydrogène dans son état fondamental est une particule de l'électrodynamique quantique. Il semble évident qu'un atome d'hydrogène n'est pas "élémentaire". Pourtant, le sens de mon message précédent était qu'il ne peut pas y avoir de définition intrinsèque, analogue à celle de particule, de particule "élémentaire", permettant de dire que l'électron et le photon sont élémentaires mais que l'atome d'hydrogène ne l'est pas. Lorsqu'on dit que l'atome d'hydrogène n'est pas élémentaire, on veut vraiment dire que l'interaction électromagnétique admet un petit paramètre (la constante de structure fine alpha, environ 1/137) et que dans la limite où ce petit paramètre devient nul, l'atome d'hydrogène disparaît pour devenir un électron et un proton. Lorsqu'on dit qu'un proton est "constitué de quarks", on dit quelque chose d'analogue mais de plus compliqué. Ainsi, la notion de particule élémentaire dépend d'un choix de limite dans l'espace des paramètre et différentes limites donnent différentes notions de "particule élémentaire".

En "pratique" les questions de ce genre se posent très peu, parce qu'il existe des limites "naturelles" des paramètres, et n'importe quel article de vulgarisation saura dire quelles sont les "particules élémentaires" du Modèle Standard. Mais ces questions sont essentielles si l'on veut avoir une compréhension de la dynamique des théories quantiques des champs (ou des théories des cordes) à fort couplage.

[Murmure-du-vent]

j avais mal interpreté ta reponse.
Interessante d ailleurs.

[Murmure-du-vent]

l exemple que tu donnes avec les quarks recoupe ma reponse. il est difficile de caser dans des espaces de Fock
des particules qui n existent pas avec un nombre d occupation egal a 1!
le cas des particules qui sont en perpetuel interaction avec elles meme est du meme type.
les elements des espaces de Fock sont senses etre libres.

[Madarion]

Pour ma part, je considère les Gluons comme les seules particules élémentaires.
Et je considère toutes les autres particules comme des composés, même les Quarks.

[Quarkonium]

Pour ma part, je considère les Gluons comme les seules particules élémentaires.
Et je considère toutes les autres particules comme des composés, même les Quarks.

Sur quelle base repose cette considération ?

[Madarion]

Sur quelle base repose cette considération ?

A mes heures perdus je dessines des modèles.
Et l'un de mes dernier dessin permet de créer 16 compositions à partir de 8 vecteurs.
Ce qui semble se rapprocher de très pret du modèle standard.

[Quarkonium]

A mes heures perdus je dessines des modèles.
Et l'un de mes dernier dessin permet de créer 16 compositions à partir de 8 vecteurs.
Ce qui semble se rapprocher de très pret du modèle standard.

C'est vague comme réponse. Au risque de passer dans le hors-charte, tu formes toutes les particules du Modèle Standard à partir de gluons ? Si c'est le cas, on peut voir arriver un camion entier d'arguments qui s'opposent à cette idée.

[skeptikos]

A mes heures perdus je dessines des modèles.
Et l'un de mes dernier dessin permet de créer 16 compositions à partir de 8 vecteurs.
Ce qui semble se rapprocher de très près du modèle standard.

Bonjour,
Sachant qu'il n'y a pas d'effet sans cause et que par exemple l'électron a une masse, une charge de 3 fois 1/3, un spin, un caractère chiral, etc...il parait difficile de mettre tout cela dans rien ou presque. D'où l'envie compréhensible de rechercher une représentation spatiale mais ceci dans l'indifférence de la plupart des scientifiques pour qui la représentation mathématique est suffisante.
@+

[Quarkonium]

Sachant qu'il n'y a pas d'effet sans cause et que par exemple l'électron a une masse, une charge de 3 fois 1/3, un spin, un caractère chiral, etc...il parait difficile de mettre tout cela dans rien ou presque.

En appliquant cette philosophie, on ne peut que remettre en doute tout ce que l'on croit connaître. Je ne dis pas que c'est une mauvaise chose, au contraire, mais le faire en permanence peut être contre-productif. Il faut des motivations solides pour remettre en cause un fait acquis : soit de nouveaux résultats expérimentaux, soit au moins une nouvelle théorie qui ait une chance d'être testable expérimentalement dans un futur proche. Dans le cas spécifique de l'électron, aucune expérience n'a pour l'instant remis en cause sa nature de particule élémentaire. Des articles traitant de son éventuelle composition apparaissent encore de nos jours, mais ceux que j'ai vu parlent souvent d'effets de structure visibles à des énergies largement inaccessibles.

En bref, il est impossible d'affirmer qu'aucune particule soit bien élémentaire. Mais il est inutile d'essayer de remettre en cause l'élémentarité de telle ou telle particule si nous n'avons aucun moyen de tester celle-ci dans un futur relativement proche.

[Madarion]

En bref, il est impossible d'affirmer qu'aucune particule soit bien élémentaire. Mais il est inutile d'essayer de remettre en cause l'élémentarité de telle ou telle particule si nous n'avons aucun moyen de tester celle-ci dans un futur relativement proche.

Mais je pensais que les accélérateurs de particules étaient là pour ça ?

D'où l'envie compréhensible de rechercher une représentation spatiale mais ceci dans l'indifférence de la plupart des scientifiques pour qui la représentation mathématique est suffisante.

Oui

[Quarkonium]

Un accélérateur est construit pour étudier une multitude de sujets. Pour étudier la structure d'une particule ou en chercher de nouvelles, on peut le voir comme un microscope géant : plus tu vas aux hautes énergies, plus tu sondes des échelles petites. Un accélérateur ne peut atteindre qu'une certaine énergie. Si l'énergie nécessaire à atteindre est mille, une million de fois trop élevée, tu ne verras aucune sous-strucure. Tout ce qu'on peut faire, c'est tester si on voit une sous-structure et fixer une limite supérieure à la taille de l'hypothétique sous-particule si on ne trouve rien.

[Evelyne Rouillé]

Pour ma part, je considère les Gluons comme les seules particules élémentaires.
Et je considère toutes les autres particules comme des composés, même les Quarks.

Les gluons sont les vecteurs de la force nucleaire forte entre les gluons, elles sont des particules virtuelles (qui n'existent que durant un bref instant) alors que les quarks sont des particules elementaires stables qui s'echangent des gluons entre eux pour maintenir la structure du nucleon qu'ils constituent (proton ou neutron). Les gluons contribuent au moment magnetique du nucleon , je crois mais je suis pas sure. Ca ete prouve et verifie maintes et maintes fois depuis des dizaines d'annees dans le cadre de la chromodynamique quantique (QCD), dans le modele standard (Weinberg et compagnie, des prix Nobels en quantites on ete remis). N'importe quel etudiant serieux de physique des particules connait ses notions qui ne sont pas de l'esoterisme magique mais prouvable sur papier (un master suffit ) et dans l'experimental avec le CERN.

[Madarion]

Merci Quarkonium.

Bonjour Evelyne.
Je ne veut pas remettre en questions ce que nous savons; je veut juste l'englober dans un modèle plus clair.
Plus clair pour les étudiants et plus clair pour les non scientifiques.

[Quarkonium]

Les gluons [...] sont des particules virtuelles (qui n'existent que durant un bref instant) alors que les quarks sont des particules elementaires stables qui s'echangent des gluons entre eux pour maintenir la structure du nucleon qu'ils constituent

Petite précision : les gluons n'ont pas moins de réalité physique que les quarks. Des gluons réels peuvent également interagir via l'échange de quarks/antiquarks virtuels. Nous n'avons pas encore réussi à détecter de hadron contenant des gluons de valence, mais ils doivent très probablement exister (notamment les "boules de glu", qui sont très certainement produites dans les accélérateurs actuels mais très difficiles à détecter de façon sûre, ne sont composées que de gluons de valence). Enfin, n'oublions pas que la mer de partons virtuels que s'échangent les quarks de valence contient aussi des paires quarks/antiquarks.