Conséquence du magnétisme de couleur sur la masse des particules

[Seirios]

Bonjour à tous,

J'ai lu un document qui parlait du magnétisme de couleur, et notamment de la conséquence de celui-ci sur la masse des particules. J'ai néanmoins un petit soucis de compréhension :

De manière analogue à l'électromagnétisme dans l'expérience du passage du courant (de charges électriques) dans deux fils indépendant, créant ainsi un champ magnétique et par la même occasion une répulsation ou une attraction de ces deux fils (selon le sens des courants), la "circulation" de charges couleur provoque un magnétisme de couleur.

Prenons deux exemples : Si on considère la particule (et plus particulièrement le méson) , on remarque que les quarks le constituant, c'est-à-dire un quark u et un anti-quark d, possèdent un spin parallèle. Le magnétisme de couleur provoque ainsi une force attractive entre ces deux quarks.
De même, en considérant le méson pi positif (soit la particule , appelée également pion), on remarque que cette particule, ayant la même constitution que la particule précédente, possède deux quarks de spin antiparallèles. Le magnétisme de couleur forme ainsi une force répulsive entre ces deux quarks.

Mais il est dit dans ce document que dans le cas d'une particule avec des quarks de spin parallèles (c'est-à-dire une force de magnétisme de couleur attractive) possède une masse plus importante qu'une particule possédant des quarks de spin anti-parallèles (c'est-à-dire avec une force de magnétisme de couleur répulsive).

De plus, lorsque l'on compare les deux masses des particules de l'exemple, on observe cette différence : la particule rho possède une masse de 0,77 GeV tandis que le pion possède une masse de 0,14 GeV.

Ce que je ne comprends pas, c'est le pourquoi de cette différence de masse. Il doit s'agir d'une différence d'énergie, mais je ne la vois pas...

Est-ce que quelqu'un pourrait m'éclairer ?

Merci d'avance
Phys2

PS : Une petite quesiont subsidiaire : Comment la particule composée de quarks de spin parallèles reste-t-elle stable ? Car avec la force forte, on trouve deux forces attractives, et aucune répulsive...
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[invite8ef897e4]

Bonjour,

J'ai lu un document qui parlait du magnétisme de couleur, et notamment de la conséquence de celui-ci sur la masse des particules.

Avant de continuer, pourrait-on avoir la reference, afin de pouvoir lire ce document eventuellement ?

[invite8ef897e4]

En attendant, pour ceux qui voudraient une reponse :
c'est aussi difficile de savoir a quel niveau se placer pour repondre sans reference initiale
Chromodynamic Theory of Hadrons

Within the QCD picture of hadrons many features observed in the hadron spectrum can be understood, at least qualitatively. Among those are the facts that the ground state vector mesons are heavier than their pseudoscalar partners, that the baryon resonances are heavier than the baryons , and that . Those mass differences are “hyperfine splittings” and can be understood as effects due to chromomagnetic
forces.

[Seirios]

Avant de continuer, pourrait-on avoir la reference, afin de pouvoir lire ce document eventuellement ?

C'est un livre que j'ai trouvé au CDI de mon lycée (qui fait également CDI de l'enseignement supérieur), intitulé "Les particules élémentaires". Il est quand même assez vieux ; voici sa référence .

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite7ce6aa19]

Bonjour à tous,

J'ai lu un document qui parlait du magnétisme de couleur, et notamment de la conséquence de celui-ci sur la masse des particules. J'ai néanmoins un petit soucis de compréhension :

De manière analogue à l'électromagnétisme dans l'expérience du passage du courant (de charges électriques) dans deux fils indépendant, créant ainsi un champ magnétique et par la même occasion une répulsation ou une attraction de ces deux fils (selon le sens des courants), la "circulation" de charges couleur provoque un magnétisme de couleur.

Prenons deux exemples : Si on considère la particule (et plus particulièrement le méson) , on remarque que les quarks le constituant, c'est-à-dire un quark u et un anti-quark d, possèdent un spin parallèle. Le magnétisme de couleur provoque ainsi une force attractive entre ces deux quarks.
De même, en considérant le méson pi positif (soit la particule , appelée également pion), on remarque que cette particule, ayant la même constitution que la particule précédente, possède deux quarks de spin antiparallèles. Le magnétisme de couleur forme ainsi une force répulsive entre ces deux quarks.

Mais il est dit dans ce document que dans le cas d'une particule avec des quarks de spin parallèles (c'est-à-dire une force de magnétisme de couleur attractive) possède une masse plus importante qu'une particule possédant des quarks de spin anti-parallèles (c'est-à-dire avec une force de magnétisme de couleur répulsive).

De plus, lorsque l'on compare les deux masses des particules de l'exemple, on observe cette différence : la particule rho possède une masse de 0,77 GeV tandis que le pion possède une masse de 0,14 GeV.

Ce que je ne comprends pas, c'est le pourquoi de cette différence de masse. Il doit s'agir d'une différence d'énergie, mais je ne la vois pas...

Est-ce que quelqu'un pourrait m'éclairer ?

Merci d'avance
Phys2

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Tu poses des questions vraiment compliquées.
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D'une manière générale pour calculer la masse d'une particule, cad son énergie propre il faut sommer sur toutes les contributions à l'énergie et il y en a beaucoup.
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Comme tu l'as dit au mouvement des charges de couleurs sont associés un champ magnétique de couleur (qui dépend donc du mouvement orbital). Ce champ magnétique de couleur va interagir avec les moments magnétiques de couleur qui eux dépendent du spin (parallèles ou anti-parallèles pour 2 particules). Cette interaction va donner une contribution à l'énergie de la particule composite, donc à sa masse.

Ceci est l'analogue du terme de couplage spin-orbite en physique atomique. (le champ magnétique du courant électronique interagit avec le moment magnétique des électrons portés par la composition de spin.
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En physique atomique le couplage spin-orbite est une perturbation faible, ce qui n'est pas le cas dans la physique des particules élémentaires où ces termes sont très fort.

[invite8ef897e4]

Pour ajouter a la reponse de Mariposa, le cas de l'interaction forte ne differe pas du cas de l'electromagnetisme. Si l'on considere un systeme lie positron-electron (positronium), l'energie (masse) du systeme est plus petite lorsque les spins sont anti-paralleles (parapositronium, cas du pion pseudo-scalaire) que lorsque les spins sont paralleles (orthopositronium, cas du rho vecteur) :


Et ceci est du a l'interaction hyperfine, et constitue l'un des tests de precision de l'electrodynamique quantique.

[Seirios]

Tu poses des questions vraiment compliquées.

Désolé je ne peux pas m'en empêcher


Merci à tous les deux pour vos réponses !

[Seirios]

Je fais remonter la discussion pour la deuxième question consernant la stabilité de particules constituées de spin parallèles :

Comment la particule composée de quarks de spin parallèles reste-t-elle stable ? Car avec la force forte, on trouve deux forces attractives, et aucune répulsive...

[invitec913303f]

Comme tu l'as dit au mouvement des charges de couleurs sont associés un champ magnétique de couleur (qui dépend donc du mouvement orbital). Ce champ magnétique de couleur va interagir avec les moments magnétiques de couleur qui eux dépendent du spin (parallèles ou anti-parallèles pour 2 particules). Cette interaction va donner une contribution à l'énergie de la particule composite, donc à sa masse.

Bonjour, au risque de poser une question un peut décalé, pour qu'il puisse exister un champ magnetique créé par des charges de couleurs, celle ci doivent possèder une charge électrique non? Enfin s'agit'il vraiment du même champ?

Ceci est l'analogue du terme de couplage spin-orbite en physique atomique. (le champ magnétique du courant électronique interagit avec le moment magnétique des électrons portés par la composition de spin.

Esque c'est cela qui est à l'origine de la lois de lentz?

Merci bein

[Seirios]

Bonjour, au risque de poser une question un peut décalé, pour qu'il puisse exister un champ magnetique créé par des charges de couleurs, celle ci doivent possèder une charge électrique non? Enfin s'agit'il vraiment du même champ?

Mais il n'est pas question de champs magnétiques produient par un courant électrique (c'est-à-dire le déplacement de charges électriques), mais de champs magnétiques de couleur produient par un mouvement de charges de couleur.

[invitec913303f]

Mais il n'est pas question de champs magnétiques produient par un courant électrique (c'est-à-dire le déplacement de charges électriques), mais de champs magnétiques de couleur produient par un mouvement de charges de couleur.

Bonjour, mais alors s'agit t'il du même champ magnetique que celui décris par les équations de Maxwell ??

Merci bien

[inviteca4b3353]

Bonjour, mais alors s'agit t'il du même champ magnetique que celui décris par les équations de Maxwell ??

Non c'est un champ (de type) magnétique qui a à voir la charge de couleur et non la charge électrique, par conséquent il est décrit par la QCD et non QED (ou les equations de Maxwell).

[invitec913303f]

Non c'est un champ (de type) magnétique qui a à voir la charge de couleur et non la charge électrique, par conséquent il est décrit par la QCD et non QED (ou les equations de Maxwell).

Bonjour, je comprend mieux, ce champ à donc un comportement analogue au champ électromagnetique c'est ça?

Merci encore
Flo

[inviteca4b3353]

ce champ à donc un comportement analogue au champ électromagnetique c'est ça?

Analogue non car les gluons de la QCD n'ont pas du tout le meme comportement que le photon de la QED.
En notation relativiste, il est possible de regrouper les composante du champ électrique et magnétique dans un meme objet, un tenseur d'ordre 2 : F. On peut construire le meme genre de F pour les gluons de QCD et par analogie avec le F de QED on appelle certaines composantes "électriques" et d'autres "magnétique".

[inviteb69fb0b4]

bonjour,

Je fais remonter la discussion pour la deuxième question consernant la stabilité de particules constituées de spin parallèles :

Comment la particule composée de quarks de spin parallèles reste-t-elle stable ? Car avec la force forte, on trouve deux forces attractives, et aucune répulsive...

je relance la question car je suis curieux...
je crois que l'interaction forte n'agit plus a tres courte distance mais pour le reste???
MERCI

[invite86561200]

Bonjour,

mais les quarks ont une charge électrique (un tiers ou deux tiers de celle de l'électron). Donc, est-ce qu'il y a aussi un champ magnétique dû au mouvement de ces charges ? Ce champ obéirait-il aux équations de Maxwell ?

Merci.

[invitee05ef70d]

Salut,

considéres que tu as deux quartz de spin parralèles avec la situation où les quartz ont des spins antiparralèles.
Dans le premier cas, on constate que les quartz s'attirent. De ce fait, il y a une énergie potentielle de spin négative. Dans le cas où les forces sont répulsives, on a affaire à une énergie potentielle positive.
Si tu considéres tout sipmplement les quartz à l'infini, leur énergie mécanique n'est égale qu'à leur énergie de masse.
Cette énergie mécanique se conservant, on a l'expression :
Em = mc²+V(r)= constante.
Dans la première situation (v(r)< 0) alors m augmente alors que dans la seconde situation, (V(r)>0) m diminue.
Les intéractions de la nature modifient les masses des particules pour une raison de stabilité.
La force nucléaire forte peut être classiquement représenter par un potentiel V(r)=Vo pour 0<r<a et V(r)=0 pour r>a (a est une distance de l'odre du femtomètre).
Vo est soit positive, soit négative...

[invite8ef897e4]

considéres que tu as deux quartz de spin parralèles avec la situation où les quartz ont des spins antiparralèles.
Dans le premier cas, on constate que les quartz s'attirent. De ce fait, il y a une énergie potentielle de spin négative. Dans le cas où les forces sont répulsives, on a affaire à une énergie potentielle positive.
Si tu considéres tout sipmplement les quartz à l'infini, leur énergie mécanique n'est égale qu'à leur énergie de masse.
Cette énergie mécanique se conservant, on a l'expression :
Em = mc²+V(r)= constante.
Dans la première situation (v(r)< 0) alors m augmente alors que dans la seconde situation, (V(r)>0) m diminue.
Les intéractions de la nature modifient les masses des particules pour une raison de stabilité.
La force nucléaire forte peut être classiquement représenter par un potentiel V(r)=Vo pour 0<r<a et V(r)=0 pour r>a (a est une distance de l'odre du femtomètre).
Vo est soit positive, soit négative...

C'est completement n'importe quoi ce message...

[Seirios]

mais les quarks ont une charge électrique (un tiers ou deux tiers de celle de l'électron). Donc, est-ce qu'il y a aussi un champ magnétique dû au mouvement de ces charges ? Ce champ obéirait-il aux équations de Maxwell ?

Je pense qu'il doit exister, mais qu'il est tout à fait négligeable pour les quarks alentours (mais ce champ magnétique devrait bien sûr obéir aux équations de Maxwell, valables pour tout champ électromagnétique).
Néanmoins les charges électriques sont à prendre en compte, et on voit que par exemple dans le , de composition uud, les quarks u et d ont une charge de signe opposé, et on note une force attractive supplémentaire...
D'où la question de la stabilité d'un assemblage de quaks de spin parallèles.

[inviteca4b3353]

La force nucléaire forte peut être classiquement représenter par un potentiel V(r)=Vo pour 0<r<a et V(r)=0 pour r>a (a est une distance de l'odre du femtomètre).

Ca c'est completement faux, le potentiel d'interaction dû à l'interaction forte augmente comme r à grande distance, si bien que la force reste constante lorsque r augmente (à grand r). C'est un comportement tout à fait exceptionnel et unique dans la nature (liberté asymptotique, prix nobel 2004 de physique).

[Seirios]

D'où la question de la stabilité d'un assemblage de quaks de spin parallèles.

J'ai posé la même question à ma prof de physique, qui a fait un temps de la recherche, et elle m'a répondu qu'il s'agissait d'une question encore irrésolue, mais que plusieurs scientifiques pensaient à des influences extérieures.

J'aimerais donc savoir si des forces extérieures aux quarks peuvent réellement influencées le comportement des quarks à l'intérieur des nucléons...

[invite64c4b5da]

J'ai posé la même question à ma prof de physique, qui a fait un temps de la recherche, et elle m'a répondu qu'il s'agissait d'une question encore irrésolue, mais que plusieurs scientifiques pensaient à des influences extérieures.

J'aimerais donc savoir si des forces extérieures aux quarks peuvent réellement influencées le comportement des quarks à l'intérieur des nucléons...

Sans vouloir dire de betises car mes connaissances sont plutot vagues dans ce domaine, il me semble aussi que le probleme avec la QCD, c'est que ton baryon n'est pas uniquement l'assemblage de 2 ou 3 quarks. On nomme habituellement ces 2 ou 3 quarks des quarks de valence, mais ils sont accompagnes de toute une "mer" de quarks et gluons virtuels lorsque tu commence a regarder finement les choses. Dans le proton (uud) tu vas trouver par exemple un composante faite de quarks etrange (s).
Donc la vision de 2 petites boules avec des spins paralleles est peut-etre trop simpliste pour visualiser l'existence ou non d'un tel baryon.