Masse neutron/proton

[Darksmile]

Mais pour l'interaction forte ( IF pour faire court) , on est dans le domaine de la physique quantique, comment peut-on passer de l'énergie générer par l'IF à une masse vu qu'on ne peut pas utiliser E=m.c² ?
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[mach3]

comment peut-on passer de l'énergie générer par l'IF à une masse vu qu'on ne peut pas utiliser E=m.c² ?

pourquoi on ne pourrait pas??

m@ch3

[Amanuensis]

C'est l'énergie qui crée de la masse
C'est bien connu dans d'autres domaines : la masse d'un atome d'hydrogène, ce n'est pas la masse du proton plus celle de l'électron. La masse d'un deuteron, ce n'est pas la masse d'un proton plus celle d'un neutron.
Plus généralement, la masse d'un objet composite quel qu'il soit, ce n'est pas la somme des masses de ses constituants. Il faut y ajouter l'énergie d'interaction, quelle qu'elle soit également (pas forcément l'interaction forte)

Explication qui se tire dans le pied !

La masse d'un atome d'hydrogène est inférieure à la somme des deux masses. La liaison dans ce cas enlève de l'énergie (et donc de la masse).

Ibidem pour le cas du deutéron (facile à vérifier).

Donc, non dans ces cas-là on n'ajoute pas l'énergie de liaison (d'interaction ?), on la soustrait.

Le cas de l'interaction entre quarks au sein d'un hadron est nécessairement différent...

[Darksmile]

Parce qu'on ne peut pas appliquer une formule de relativité restreinte sur de la physique quantique

[mach3]

Parce qu'on ne peut pas appliquer une formule de relativité restreinte sur de la physique quantique

l'électrodynamique et la chromodynamique quantique sont de la mécanique quantique relativiste, on a marié mécanique quantique et relativité restreinte depuis bien longtemps maintenant (Dirac) et ça marche très très bien. C'est avec la relativité générale (donc tout ce qui touche à la gravitation) qu'on a des problèmes en MQ, bien qu'on arrive quand même à faire des choses (mécanique quantique en espace courbe), c'est la quantification de l'interaction gravitationnelle qui pose de réels problèmes.

m@ch3

[invite8ef897e4]

Donc, non dans ces cas-là on n'ajoute pas l'énergie de liaison (d'interaction ?), on la soustrait.

Le cas de l'interaction entre quarks au sein d'un hadron est nécessairement différent...

Les quarks sont confines, donc parler d'energie de "liaison" est un peu abusif.

[Darksmile]

Autant pour moi.
Du coup, en quoi s'exprime l'énergie de l'IF?

[invite8ef897e4]

Autant pour moi.
Du coup, en quoi s'exprime l'énergie de l'IF?

L'etat initial asymptotique fort loin dans le passe est a temperature (energie cinetique des constituants) tres grande devant la masse du hadron.

[mach3]

avec une specificite tout de meme : l'energie de liaison est positive ! Ce n'est pas habituel pour un systeme stable. Le systeme lie est plus lourd que la somme des constituants.

ça vient de la liberté asymptotique non? plus on éloigne des quarks, plus on augmente l'énergie d'interaction forte, contrairement à des particules chargées, pour lesquels l'énergie d'interaction EM chute avec la distance. Du coup l'énergie de liaison est positive, mais elle est moins grande que si on éloignait encore plus les quarks, un quark "libre" (comprendre à une distance infinie de tous les autres quarks) serait extrêmement lourd?

m@ch3

PS : si vous modifiez vos messages plus vite que je ne les cites on ne va pas s'en sortir!!

[coussin]

Le cas de l'interaction entre quarks au sein d'un hadron est nécessairement différent...

C'est dû à la nature complètement différente entre l'interaction forte et l'interaction électromagnétique
L'interaction entre deux quarks augmente avec la distance entre ces quarks. Comme un ressort quoi…
L'interaction entre deux charges diminue avec la distance entre ces charges.

Mon message avait plus vocation à être général (masse d'un système composite différente de la somme de ses composants) que rigoureux

[invite8ef897e4]

Au passage, la contribution EM a la difference des masses neutron moins proton est negative (si l'on pouvait eteindre l'EM la difference serait plus grande).

[Darksmile]

Oops.. Désolé les gens, jsuis qu'en 2nd et là je décroche

[Amanuensis]

Oops.. Désolé les gens, jsuis qu'en 2nd et là je décroche

La question d'origine (comme l'interaction forte génére-t-elle de la masse, message #28) est une question très intéressante mais difficile. Autrement dit, aucune réponse simple niveau seconde !

Les interactions usuelles (électro-magnétique, gravitation, interaction forte entre protons et neutrons) "enlève" de la masse, ce qu'on apprend au lycée, avec la notion de "défaut de masse" pour les noyaux, liée au fait que combiner des noyaux légers génère de l'énergie (fusion nucléaire).

L'interaction forte entre quarks a des propriétés différentes, rendant difficile de répondre à la question de manière accessible.

[coussin]

Ouais enfin une réponse facile qui suffit pour comprendre le principe c'est simplement E=mc^2. Tu dois avoir entendu parler de ça, non ?

[Darksmile]

Je ne tiens pas mes connaissances des cours prodigués au lycée, tous ça vient uniquement de recherches personnelles.
Après, faute d'un "prof" pour structuré et centrer mes recherches, je zappe parfois d'apprendre des connaissances annexes à la recherche initiale.
Je connais bien évidement E=m.c², mais j'ignorait que c'était applicable à l'IF. Une fois intégré cette notion, il me faut comprendre comment ça se met en place.
Reprenons : à la base, on cherche d'où vient la différence de masse proton/neutron. Il a été démontrer précédemment que ça venait en parti de la différence de masse quark u/d, on revient pas là dessus.
Ensuite, a été évoqué la part de l'IF, avec E=m.c² pour expliquer la génération de masse. Faute d'un niveau suffisant, je ne peux pas me permettre d'intervenir dans la discussion qui en a découlé entre
humanino, mach3 et poussin.
Du coup, je voulais juste demander, à qqn qui aurait le temps et la gentillesse de s'intéresser à un petit débutant de mon espèce, qu'elle était la part de l'IF et la part de la différence de masse up/down
dans la différence initiale de masse proton/neutron.

[Amanuensis]

Il n'est pas impossible qu'une explication "avec les mains" de la différences entre, d'une part la différence de masse entre u et d, et d'autre part la différence de masse entre neutron et proton, viennent de la contribution de la "vitesse" (même si on ne peut pas facilement parler de vitesse).

Si on prend l'atome d'hydrogène par exemple, selon le modèle de Bohr, la masse d'un système lié s'obtient comme la somme des masses des composants plus l'énergie de liaison (comptée négativement, i.e. de l'énergie en moins). Et l'énergie de liaison est l'énergie potentielle (négative, car nulle lorsque les corps sont très éloignés) plus l'énergie cinétique relative. Autrement dit la vitesse intervient sous forme d'énergie cinétique.

Si maintenant on remplace l'électron par un muon, l'énergie potentielle ne change pas à géométrie égale. Mais l'énergie cinétique, elle, augmente. Mais ce n'est pas aussi simple, car la géométrie change : l'énergie potentielle change aussi.

Question : Quelle est la masse d'un système proton-muon ? Et précisément, la différence de masse entre proton-muon et hydrogène est-elle égale ou plus grande que la différence de masse entre électron et muon ?

[Amanuensis]

PS : Un système "muon + proton" est appelé en anglais "muonic hydrogen". En cherchant sur ce terme, je n'ai pas réussi à trouver d'information claire sur sa masse.

[coussin]

Du coup, je voulais juste demander, à qqn qui aurait le temps et la gentillesse de s'intéresser à un petit débutant de mon espèce, qu'elle était la part de l'IF et la part de la différence de masse up/down
dans la différence initiale de masse proton/neutron.

Cf. mon message #21. C'est à la louche 50%/50%.

[Amanuensis]

J'ai trouvé cet article http://www.frankwilczek.com/Wilczek_...in_of_Mass.pdf (en anglais, désolé) consacré à la question, tout en étant de la vulgarisation.

Un point intéressant (page 32) est que le calcul de la masse du proton avec comme hypothèse des masses nulles de u et d, ainsi que seulement ces quarks (ce que l'auteur appelle "QCD-lite), donne 90% de la masse, dont on pourrait dire "venant uniquement de l'interaction forte". L'introduction des masses des u et d ajoute 5% et les 5% restant sont obtenus en prenant en compte les 4 autres sortes de quark.

Si on considère la somme des masses des quarks comme étant de l'ordre de 10 Mev/c², on est loin de 5% des presque 1000 Mev/c², un facteur multiplicatif de l'ordre de 5.

Cela explique mal la (faible) différence de masse entre proton et neutron...

[Darksmile]

Et puis, je ne vois pas bien ce que vienne faire là les quatres autres types de quarks
ils n'interviennent en rien dans la srtucture et la masse du proton..

[Amanuensis]

Et puis, je ne vois pas bien ce que vienne faire là les quatres autres types de quarks

Dans les calculs de QFT toutes sortes de transition sont prises en compte. Un gluon peut se "matérialiser" temporairement en une paire de quarks, et pas seulement des paires u-antiu ou d-antid. Il y a donc dans les calculs des termes faisant intervenir tous les quarks possibles, et ces termes "ajoutent à la masse".

[Darksmile]

peut[/U] se "matérialiser" temporairement ".

On a donc une probabilité d'existance, donc 5% de masse hypotétique... Et puis, in n'est pas très clair sur comment des particules virtuelles ( ces 4 autres types de quark donc) pourraient générer autant de masse que les quarks u et d, constituant bien concret de nos hadrons

[Amanuensis]

On a donc une probabilité d'existance, donc 5% de masse hypotétique... Et puis, in n'est pas très clair sur comment des particules virtuelles ( ces 4 autres types de quark donc) pourraient générer autant de masse que les quarks u et d, constituant bien concret de nos hadrons

Je n'ai pas la prétention que la QCD (ou la QFT plus généralement) me soit très claire. Cela demande des années d'étude pour comprendre la théorie et les calculs en question. Lesdits calculs sont d'ailleurs fait par ordinateur et demandent un temps de calcul fabuleux.

Par ailleurs, la notion de constituant "bien concret" est assez peu adapté à ce domaine, où tout n'est qu'idées. Et les constituants les plus importants des hadrons sont peut-être bien les gluons (le champ de gluon) et non les quarks.

Par ailleurs il ne s'agit pas d'une "masse hypothètique". Ce qu'on appelle des "particules virtuelles" ne sont pour le moment que des termes dans un calcul, mais ces termes interviennent effectivement dans le calcul de la masse.

La seule chose "hypothétique" dans cette histoire est la QCD elle-même, qui est hypothèse comme toute théorie scientifique. Mais la capacité prédictive de la QCD s'est révélée énorme (y compris le calcul de la masse du proton !), et cela la rend, comme hypothèse, très vraisemblable.

[invite137bd193]

c'est vraiment très intéressent se que vous venez de dire dans votre discussion,j'ai bien aimé de lire ça

[Darksmile]

Par ailleurs, la notion de constituant "bien concret" est assez peu adapté à ce domaine, où tout n'est qu'idées. Et les constituants les plus importants des hadrons sont peut-être bien les gluons (le champ de gluon) et non les quarks.

L'énergie de l'interaction forte a beau pesée plus lourd que la somme des masses des quarks u et d dans un hadron, ce n'est pas pour autant que les bosons vecteurs de cette dernière tiendront une place plus importante que les quarks : un quark a une masse minime , mais le gluons a une masse nulle, faute de preuve du contraire!

[Amanuensis]

L'énergie de l'interaction forte a beau pesée plus lourd que la somme des masses des quarks u et d dans un hadron, ce n'est pas pour autant que les bosons vecteurs de cette dernière tiendront une place plus importante que les quarks : un quark a une masse minime , mais le gluons a une masse nulle, faute de preuve du contraire!

La masse d'une particule n'est pas la somme des masses de ses constituants.

[Darksmile]

Oui oui je sais bien, j'expliquait juste que les gluons ne peuvent pas être plus importants constituants que les quarks

[Amanuensis]

Oui oui je sais bien, j'expliquait juste que les gluons ne peuvent pas être plus importants constituants que les quarks

Vous n'expliquez rien du tout. J'ai donné un article en lien, je sais qu'il est en anglais, mais tout ce que vous pouvez "expliquer" ou affirmer et qui est contraire à l'article est pour moi lettre morte.

[mariposa]

Bonjour,


d'où vient la masse des hadrons (neutrons, protons etc...)

il existe une série de modèles des hadrons que l'on appelle des modèles de sac dont le plus évolué est celui dit du MIT.


comme il s'agit d'un problème à N corps excessivement complexe ( il y a 3 particules, les quarks + un nombre indéterminé de gluons qui tous interagissent les uns avec les autres)

on développe un modèle dont le principe est simple et universel.

Symboliquement on écrit un hamiltonien sous la forme H = H° + H1

où H° prend en compte l'essentiel des interactions de façon grossière (grâce à l'aide de paramètre ajustables sur l'expérience)

les détails fins seront pris en compte par l'hamiltonien H1


La masse du hadron

L'idée est de prendre en compte l'essentiel des interactions entre particules sous la forme d'un potentiel effectif a 1 paramètre

Un potentiel qui vaut zéro dans une boule de rayon R et l'infini à l'extérieur de la boule. ce potentiel modèle rend bien compte de la propriété de confinement

propre à la théorie QCD.


Dans ce cas l'énergie hadron est décrit par 3 quarks dans l'état fondamental.

en prenant la masse du proton de 939 eV on trouve un rayon de 1.7 fm.

C'est 2 fois la valeur expérimentale, mais cela explique bien l'origine de la masse.

L'origine de la masse d'un nucléon est l'énergie d'un état lié dans un puit quantique infini.

Il faut bien noté qu'il s'agit typiquement d'un effet quantique, car c'est la localisation qui donne de l'énergie cinétique aux quarks.


Perturbation: L'interaction quarks-gluons.


L'état fondamental précedent est hautement dégénéré de spin.

C'est l'interaction quarks-gluons qui va levée cette dégénérescence et le calcul de perturbation

donne pour état fondamental un spin 1/2 en accord avec l'expérience et l'état a spin 3/2 au-dessus a été identifié

avec la résonance expérimentale Delta (3,3) situé à 1232 MeV.



Perturbation Interactions gluons-gluons.

Les quarks ci-dessus n'ont pas de couleurs (ils sont dégénérés en couleurs).

La prise en compte de l'interaction gluons-gluons donne pour l'état fondamental la couleur blanche.

Autrement dit l'état fondamental du nucléon est dans le singulet de SU(3)c