Stabilité du Pion neutre ?

[invite50625854]

Bonjour à toutes et tous,
J'ai lu que les mésons sont composés d'une paire quark/anti-quark.
La particule qui me pose problème est le pion neutre, elle serait composée de la superposition d'état de bas/anti-bas et haut/anti-haut.
Mais comment les états pris individuellement de bas/anti-bas et haut/anti-haut peuvent ils être stables? Comment se fait il qu'il n'y a pas annilation de ces sous états ?
De ce fait, comment cette superposition peut elle exister, et donc, pourquoi le Pion neutre existe ?

Je ne vois pas comment un ensemble peut être constituer d'une "brique" et de son "anti-brique", qu'est ce qui confère la stabilité à ce genre de particule ?

Peut on dire que l'interaction forte tend vers zéro quand la distance entre deux particules de couleur différentes tend vers zéro ? Cela peut il interdire aux deux particules de se retrouver à la même position spatiale ?

Je ne pense pas qu'une force nulle puisse interdire au particule de venir déambulé au centre de l'édifice, ainsi, l'interaction forte ne serait elle pas légèrement répulsive à très courte distance, ce qui expliquerait la stabilité du Pion neutre ?

Je vous remercie d'avance
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[invite50625854]

Je viens de constater que le temps de vie de cette particule est ridiculement petit : . De plus il est sa propre anti-particule .
Est il sérieux de parler de particule dans ces conditions ?
Surtout si ce temps ne correspond qu'au temps mis par deux particules de matière / anti-matière pour se combiner ?

En effet, les particules élémentaires sont bien connues, et stables, ensuite on définie des particules qui sont des ensembles de ces particules élémentaires, mais par quel moyen/définition décide t'on que tel édifice est une particule et d'autre non ?

Si un électron passe à proximité d'un noyau d'hydrogène ionisé, mais suffisamment vite pour n'avoir qu'une modification de la direction de sa trajectoire. Allons nous considérer que nous avons un atome d'hydrogène pendant le court temps ou l'électron tourne autour du noyau?

[deep_turtle]

Salut,

Le problème avec ton analogie atomique, c'est que tu raisonnes en terme de billes classiques, ce qui ne correspond pas à la réalité physique des particules. L'électron peut être décrit par un ensemble de fonctions d'onde, certaines correspondant à des états liés (atomiques), d'autres à des états libres (de diffusion). Selon la contribution principale à la fonction d'onde, on parlera d'atome excité ou de système électron-proton libre.

Pour les quarks c'est (un peu) pareil, et le pion π⁰ correspond à une fonction d'onde liée. De plus, le temps de vie que tu cites n'est pas « ridiculement » petit, il est juste petit. Pendant ce temps-là, une particule relativiste peut parcourir une dizaine de nanomètres, ce qui est environ 10 millions de fois plus grand que la portée de l'interaction forte. Les quarks d'un pion font donc bien plus que se croiser pour se faire coucou !

[mariposa]

Je viens de constater que le temps de vie de cette particule est ridiculement petit : . De plus il est sa propre anti-particule .
Est il sérieux de parler de particule dans ces conditions ?
Surtout si ce temps ne correspond qu'au temps mis par deux particules de matière / anti-matière pour se combiner ?

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Une particule est un état quantique et à ce titre il a une masse (ou énergie propre), une durée de vie , un spin et une parité. C'est le cas pour ton méson neutre (pion)

En effet, les particules élémentaires sont bien connues, et stables, ensuite on définie des particules qui sont des ensembles de ces particules élémentaires, mais par quel moyen/définition décide t'on que tel édifice est une particule et d'autre non ?

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C'est la raison pour laquelle on parle de particules élémentaires et de particules tout court, ces derniers étant des assemblages de premier.
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Que ce soit des particules ou des particules élementaires seules quelques unes sont stables (durée de vie infinie). Celles dont la durée de vie est "longue" sont métastables et peuvent être considérées comme des particules stables pendant un certain temps (tout dépend du contexte).

Si un électron passe à proximité d'un noyau d'hydrogène ionisé, mais suffisamment vite pour n'avoir qu'une modification de la direction de sa trajectoire. Allons nous considérer que nous avons un atome d'hydrogène pendant le court temps ou l'électron tourne autour du noyau?

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Dans ce cas tres précis non, mais dans d'autres cas il y a formation d'un état excité de l'atome en interaction avec le continum de dissociation et on appelle çà une résonnance.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite50625854]

Pour mon exemple de l'électron et du noyau je suis d'accord que ce n'est en rien des petites boules qui gravitent. Mais cette image permet d'être clair, j'aurais pu dire que la fonction d'onde du noyau et celle de l'électron possédent une zone de recouvrement identique à celle d'un atome d'hydrogène pendant un temps très court... Pouvons nous parler d'un atome d'hydrogène instable ?

C'est vrai que si le pion neutre peut se déplacer sur une distance grande devant la longueur d'interaction, il est clair, que nous pouvons parler de stabilité, donc de particule.

Mais ça ne répond pas à ma première question, pourquoi/comment un système up/anti-up peut il être stable pendant aussi longtemps ?

[invite50625854]

Mariposa :

Que ce soit des particules ou des particules élementaires seules quelques unes sont stables (durée de vie infinie). Celles dont la durée de vie est "longue" sont métastables et peuvent être considérées comme des particules stables pendant un certain temps (tout dépend du contexte).

Dois je comprendre que le pion neutre sera considéré comme une particule pour des événements de l'ordre de son temps de vie, et que pour des événements plus lent cette particule n'apportera rien à l'expérience donc à la physique ?

En tout cas merci à vous deux d'avoir pris le temps de considérer ma question.

[Coincoin]

Salut,
On peut comparer ça au positronium (électron + positron) qui a une durée de vie de l'ordre de 100 nanosecondes.

Si la section efficace est suffisamment faible, alors la durée de vie sera grande.

[mariposa]

Mais ça ne répond pas à ma première question, pourquoi/comment un système up/anti-up peut il être stable pendant aussi longtemps ?

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Le pion s'annihile en émettant 2 photons gamma ce qui est comparable à la recombinaison électron-positron. Dans les 2 cas le temps de vie est déterminé par l'interaction électromagnétique.

edit: croisement avec le canard

[invite50625854]

Merci, je crois que j'ai compris.
Donc le Pion n'est pas stable et s'annihile bien lui même.
Chaque sous état se recombine et émet de l'énergie sous forme de lumière. En revanche, cet superposition d'état existe bien (pour de court instant) et peut donc être considérer comme une particule utile dans certain cas.
Encore merci,

[invite8ef897e4]

Bonjour,

tout d'abord, je voudrais signaler que le pion neutre fait partie d'un triplet avec les deux autres pions charges. En QCD, ces trois particules doivent exister, ou alors aucune d'entre elles ! Juste a partir de considerations sur les symetries, qui determinent les nombres quantiques.

Au dela des considerations de symetries, les considerations dynamiques indiquent que les pions sont les bosons de Goldstone de la brisure de symetrie chirale.

D'ailleurs le sujet est tres riche au sujet de la symetrie chirale, puisque la raison pour laquelle le temps de vie du pion neutre est beaucoup plus court que le temps de vie des pions charges est... l'anomalie chirale.

Au sujet de la question initiale, je voudrais tout de meme mentionner qu'effectivement, les paires quarks/antiquarks dans les hadrons s'annihilent en permanence ! Comme deja indique, une vision classique de la structure des hadrons est particulierement innapropriee. Il faut plutot se representer (en termes de quarks) l'interieur des hadrons comme une mer bouillonnante de telles paires se couplant en permanence aux gluons. Les nombres quantiques ne determinent que la partie de valence. Les quarks de valence sont juste les quarks en surplus par rapport aux antiquarks.

Sinon, a part le positronium, il existe d'autres etats lies particules/antiparticules, en l'occurence des hadrons. Je ne vais pas faire une liste parce que le spectre hadronique est bien long, mais il existe des etats lies mesoniques , , ou encore

[invite50625854]

Ou là là humanino, tu me fais peur...

Je n'ai aucune idée de pourquoi le pion neutre a fait sont entré dans le modèle standart. Tu semble dire que c'est l'anomalie chirale qui serait expliqué par ce pion neutre.
Qu'est ce que c'est l'anomalie chirale ?

Dans un bouquin de vulgarisation, j'ai lu que la chiralité était la propriété de l'univers d'être logique dans son image miroir. Ou quelque chose comme ça... Mais pour l'anomalie je n'ai jamais rien vu à ce sujet.
Si une anomalie existe dans cette symétrie c'est que l'univers n'est pas chirale. Est ce vrai ?

[invite8ef897e4]

Ou là là humanino, tu me fais peur...

Il ne faut surtout pas car ce n'est pas mon but ! Le jargon que j'utilise parfois n'est pas fait pour faire peur, en fait j'essaie de ne pas en abuser. Les gens qui se cachent derriere un langage technique c'est souvent pour masquer leur propre incompetence ! Or je clame ma propre incompetence en permanence

On parle d'anomalie lorsqu'une symetrie du monde classique est brisee au niveau quantique. Le probleme de l'anomalie chirale dans le contexte dans la physique hadronique (la physique avec de particules composees de quarks) est un sujet tres vaste. Si tu es familier avec les diagrammes de Feynman, l'anomalie chirale apparait dans les diagrammes en triangle typiquement (pas seulement) (d'ailleurs, plus precisement il faut choisir entre la conservation du courant donnant le nombre de fermions, et le courant donnant leur chiralite gauche ou droite... les theoriciens preferent abandonner la chiralite plutot que de predire que des particules de matieres emergent spontanement du vide )

Pour ce qui est de la chiralite d'une facon plus generale, elle est deja brisee spontanement par la partie electrofaible du modele standard. Par exemple, les neutrinos sont presque excusivement gauches, ce qui explique la brisure (maximale) de symetrie de parite. D'ailleurs il faudrait peut-etre que quelqu'un commente sur la nuance entre parite et chiralite, mais a ce stade on peut les prendre comme identiques. Briser spontanement une symetrie c'est lorsque les regles dynamiques respectent la symetrie, mais pas le vide. Donc, lorsque tu formules la theorie, tu crois que la symetrie devrait etre la, mais elle ne s'exprime pas car le vide lui meme (a partir duquel on construit tout le reste) ne respecte deja pas la symetrie.

La brisure de symetrie chirale en QCD (ou en physique hadronique) est un peu plus subtile, car elle procede dynamiquement. Dans ce cas on parle de mode de Wigner, contrairement au mode de Goldstone dont je parlais precedemment. Voila une autre nuance que je ne devrais peut etre pas approfondir ici. Dans la brisuer spontannee de symetrie dans le mode de Wigner, le vide est bien symetrique mais l'un des champs construits a partir du vide acquiert une configuration qui brise la symetrie.

Une autre synmetrie que possede a priori QCD mais qui est spontanement brisee est l'invariance d'echelle, ou invariance conforme.

Bon tu vois, le sujet est riche

[Gwyddon]

Et ca fait mal a la tete, c'etait mon sujet d'examen, dans l'optique de la masse des quarks (ou comment avoir acces aux rapports des masses via cette brisure de symetrie chirale)

[invite8ef897e4]

Et ca fait mal a la tete, c'etait mon sujet d'examen, dans l'optique de la masse des quarks (ou comment avoir acces aux rapports des masses via cette brisure de symetrie chirale)

Mais justement, comme je n'ai rien a faire ce week end, peut-etre pourrais-je trouver une copie de ce sujet passionnant !?

[Gwyddon]

euh... Il faudrait pour ca que je le scanne, et puis c'est un sujet d examen de M1 donc bon tu vas sans doute t'ennuyer devant hein


Des que je peux le scanner, je te l'envoie

[chaverondier]

Il faut plutot se representer (en termes de quarks) l'interieur des hadrons comme une mer bouillonnante de paires quarks/antiquarks se couplant en permanence aux gluons.

Par analogie, peut-on voir le vide du champ électromagnétique comme une mer qui, bien que dans son état de plus basse énergie, serait bouillonnante de paires électrons positrons se couplant en permanence aux photons (dans un tohobohu de créations annihilations de particules virtuelles de positronium) ?

Peut-on, se baser sur ce type d'image pour s'efforcer de donner (via un développement allant dans ce sens) à la théorie de l'absorbeur (abandonnée par Wheeler et Feynman pour cause de problème quand un flux électromagnétique absorbé est inférieur au flux émis pour cause d'expansion de l'univers par exemple) une chance de s'en sortir.

Plus précisément (enfin, si on veut) peut-on considérer le "vide quantique du champ électromagnétique quand il n'est plus vide" comme une sorte de milieu "matériel" émettant et absorbant les photons qui y tracent leurs chemin en excitant puis desexcitant des particules virtuelles de positronium un peu comme ça se produit dans les autres milieux de propagation des ondes électromagnétiques (à la différence près, toutefois, que les particules y sont réelles, bien que, selon http://fr.wikipedia.org/wiki/Particule_virtuelle la distinction entre particules réelles et particules virtuelles ne soit pas si nette) ?

Cela permettrait d'éviter le recours, dans la théorie time symmetric de John Cramer (cf http://www.npl.washington.edu/TI/), à l'usage de la singularité big-bang comme réflecteur d'ondes avancées pour modéliser les situations où un flux émis est supérieur au flux absorbé (cf http://www.npl.washington.edu/npl/in...ime/dtime.html). Je reste un peu songeur devant cette condition de réflexion (proposée par John Cramer pour sauver et étendre la théorie de l'absorbeur cf http://www.npl.washington.edu/npl/in...00000000000000). En effet, pour ce que j'en ai compris (peut-être à tort), cette condition de réflexion sur la singularité big-bang sait quand elle doit s'appliquer et quand elle doit, au contraire, laisser le processus d'émission absorption se débrouiller tout seul. Je n'ai, pour l'instant, pas encore eu de réponse à ce doute sur la théorie de John Cramer, théorie qui, par ailleurs, me semble intéressante. Elle n'est jamais qu'un prolongement, à la symétrie T, de la formulation explicitement covariante des lois de la physique vis à vis du principe de la relativité.

Par ailleurs, je n'ai pas eu de réponse non plus à la question de savoir comment la théorie time symmetric de John Cramer pouvait être correcte alors que la symétrie T est violée par la désintégration du Kaon neutre.