[théorie faible]désintégration bêta

[Seirios]

Bonjour à tous,

J'ai un petit problème de compréhension sur la désintégration bêta à un niveau fondamental :

Dans un proton, de structure uud, un quark u émet un boson W- qui se matérialise par la suite, du fait de son instabilité, en un positron et un neutrino. Le quark u devient alors un quark d, et donc la structure du nucléon devient udd : c'est un neutron.

Ce que j'ai du mal à comprendre c'est le pourquoi du changement de saveur du quark u original suite à l'émission du boson W, ou autrement dit : Pourquoi le quark u se transforme en quark d ?

Quelqu'un pourrait me renseigner ?

Merci d'avance
Phys2
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[mariposa]

Bonjour à tous,

J'ai un petit problème de compréhension sur la désintégration bêta à un niveau fondamental :

Dans un proton, de structure uud, un quark u émet un boson W- qui se matérialise par la suite, du fait de son instabilité, en un positron et un neutrino. Le quark u devient alors un quark d, et donc la structure du nucléon devient udd : c'est un neutron.

Ce que j'ai du mal à comprendre c'est le pourquoi du changement de saveur du quark u original suite à l'émission du boson W, ou autrement dit : Pourquoi le quark u se transforme en quark d ?

Quelqu'un pourrait me renseigner ?

Merci d'avance
Phys2

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Parceque c'est le quark u qui se transforme en quark d en émettant un boson W- . Dans un deuxième temps le boson W- se décompose en électron et antineutrino.

Maintenant le quark u se transforme en quark d en émettant un boson W- pour les mêmes "raisons mathématiques" qu'un atome passe d'un état à un autre en émettant un photon.

[Seirios]

Et sinon le boson Z, qui est neutre, joue un rôle dans quelles interactions ?

[mariposa]

Et sinon le boson Z, qui est neutre, joue un rôle dans quelles interactions ?

Cela veut dire qu'au départ le système doit être électriquement neutre. Le cas classique est donc de partir d'une paire constituée d'une particule et d'une antiparticule.

Par exemple

un quark u et un quark anti-u

on encore un electron et un positron (l'anti-électron).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Seirios]

En prenant le cas d'une paire de particule/antiparticule, quelles intéractions pourrions-nous observer ?

[mariposa]

En prenant le cas d'une paire de particule/antiparticule, quelles intéractions pourrions-nous observer ?

Par exemple:

u + ubarre donne Electron + anti-électron par l'intermédiaire d'un Z°

Ou tout simplement:

électron + anti-électron donne électron + anti-électron par l'intermédiaire d'un boson Z° qui representation une contribution de la collision de paires a suffisamment haute énergie.

[Seirios]

Donc si j'ai bien compris, une collision entre un électron est un positron, provoque l'anihilation des deux particules et la création d'un boson Z°, qui se matérialise par la suite en une nouvelle paire de électron/positron ?

Mais dans ce cas, quel rapport avec la force nucléaire faible ?

[Rincevent]

Donc si j'ai bien compris, une collision entre un électron est un positron, provoque l'anihilation des deux particules et la création d'un boson Z°, qui se matérialise par la suite en une nouvelle paire de électron/positron ?

oui et non : la réaction e-/e+ peut donner un Z° comme un photon. En fait ni l'un ni l'autre n'est réellement créé. Ce qui se passe c'est que le système formé de la paire e-/e+ passe par un "état intermédiaire virtuel" inobservable. Selon l'énergie totale du système, on peut considérer que cet état est presque un Z° virtuel ou plutôt presque un photon virtuel. Mais "la réalité est ailleurs" [un mélange quantique des deux, voire d'autres choses]

Mais dans ce cas, quel rapport avec la force nucléaire faible ?

le Z° est une particule qui véhicule ce qu'on appelle l'interaction faible. Si dans le monde il n'y avait que l'électromagnétisme, l'interaction entre un e- et un e+ ne se produirait pas exactement comme on l'observe car l'état virtuel intermédiaire serait différent et ne ferait intervenir que l'électromagnétisme. Autrement dit, dans le monde réel un e- et un e+ interagissent à la fois par électromagnétisme et par interaction faible, mais si l'énergie est faible, on peut négliger l'influence de leur interaction faible dans la description de leur "vraie interaction".

Cela veut dire qu'au départ le système doit être électriquement neutre.

non, pas nécessairement. Le seul truc c'est qu'il n'y aura pas "redistribution" de la charge électrique. Cf la mise en évidence historique des courants neutres. Voir ce lien

[mariposa]

Donc si j'ai bien compris, une collision entre un électron est un positron, provoque l'anihilation des deux particules et la création d'un boson Z°, qui se matérialise par la suite en une nouvelle paire de électron/positron ?

OUI

Mais dans ce cas, quel rapport avec la force nucléaire faible ?

Dans ce cas il s'agit de l'interaction faible (plus excatement électro-faible) qu'il ne faut pas confondre avec l'interaction forte résiduelle entre 2 hadrons qui est une "sous espèce" de l'ineraction forte.

[mariposa]

oui et non : la réaction e-/e+ peut donner un Z° comme un photon. En fait ni l'un ni l'autre n'est réellement créé. Ce qui se passe c'est que le système formé de la paire e-/e+ passe par un "état intermédiaire virtuel" inobservable. Selon l'énergie totale du système, on peut considérer que cet état est presque un Z° virtuel ou plutôt presque un photon virtuel. Mais "la réalité est ailleurs" [un mélange quantique des deux, voire d'autres choses

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Il y a aussi (et surtout) des photons et des Z° réels.
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Une paire électron-anti-électron peut se recombiner pour donner 1 photon ou une paire de photons.
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De même Une paire électron-anti-électron d'énergie supérieure à la masse du boson Z° peut donner lieu à ll'émission d'un boson réel. Il me semble que la mise en évidence du Z° a été effectué dans des collisions protons-antiprotons (a verifier).

C'est seulement en dessous du seuil de création de Z° que l'on peut representer la diffusion par échange de bosons dits virtuels (Z° + gamma).

D'accord, pas d'accord.
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[mariposa]

non, pas nécessairement. Le seul truc c'est qu'il n'y aura pas "redistribution" de la charge électrique. Cf la mise en évidence historique des courants neutres. Voir ce lien

Oui, effectivement, j'ai traduit l'idée conservation de la charge au sommet en neutralité dans l'état initial. Il auraut fallu écrire: conservation de la charge entre etat initial et etat final, d'où neutralité de charge de la particule intermédiaire

[Rincevent]

Une paire électron-anti-électron peut se recombiner pour donner 1 photon ou une paire de photons.

non, c'est 2 ou 3 (pour conserver à la fois e et p)
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De même Une paire électron-anti-électron d'énergie supérieure à la masse du boson Z° peut donner lieu à ll'émission d'un boson réel.

oui et non : ça peut, mais pas "de même" puisqu'on peut pas produire juste un photon (enfin, c'est de la nuance )

Il me semble que la mise en évidence du Z° a été effectué dans des collisions protons-antiprotons (a verifier).

oui

C'est seulement en dessous du seuil de création de Z° que l'on peut representer la diffusion par échange de bosons dits virtuels (Z° + gamma).

D'accord, pas d'accord.
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mes souvenirs sont pas super frais sur ça, mais je dirais que la renormalisation du vertex d'interaction fait que même dans le cas d'un Z réel faut prendre en compte les autres...

[mariposa]

non, c'est 2 ou 3 (pour conserver à la fois e et p)

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J'ai mis 1 en pensant mettre un troisième corps "passif" pour briser la symétrie.

En ce qui concerne la production de Z° c'est effectivement dans les collisions protons-antiprotons que l'on a pu les creer en les détectant grace aux paires électons-positons issus de Z°!!. (expérience UA1 du CERN-Rubbia)
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On peut donc creer des Z° a partir des paires électrons positrons. Est-ce que l'expérience a été faites?