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Charge électrique élémentaire




  1. #1
    neutrinoman

    Charge électrique élémentaire

    Salut à tous,

    une petite question que je m'étais posée il y a bien longtemps mais à laquelle je n'ai pas trouvé de réponse. Cette question va paraître triviale mais bon !

    Les charges électriques des quarks sont des multiples de 1/3 * e alors que celle de l'électron, que l'on prends comme l'unité de la charge, est e. Je ne sais pas ce qu'on peut dire de ça. Si quelqu'un pouvais m'éclairer.

    (Question encore plus bête : cela ne traduit-il pas une nature composite de l'électron ?)

    -----

    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

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  3. #2
    kron

    Re : Charge électrique élémentaire

    Je prends des risuqes en avançant que le proton est constitué de plusieurs quarks? Et puis... la nature composite de l'electron surement, puisque la charge est un multiple de la charge d'une particule plus petite. Doit on considerer alors 1/3*q comme charge élémentaire?
    Life is music !

  4. #3
    BioBen

    Re : Charge électrique élémentaire

    Les charges électriques des quarks sont des multiples de 1/3 * e alors que celle de l'électron, que l'on prends comme l'unité de la charge, est e. Je ne sais pas ce qu'on peut dire de ça. Si quelqu'un pouvais m'éclairer.
    Peut-être simplement que l'on ne supposait pas l'existence des quarks (ou on ne connaissait pas leur charge) quand on a posé par convention que la charge de l'electron = charge élémentaire.
    C'est pareil pour le sens conventionnel du courant qu'on a mis par convention dasn le mauvais sens sans le savoir.

    (Question encore plus bête : cela ne traduit-il pas une nature composite de l'électron ?)
    L'electron n'est pas une particule fondamentale ?
    Quoique, on décourira peut-être qu'il a une nature composite dans un accélérateur,qui sait...

    a+
    ben


  5. #4
    neutrinoman

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par kron
    Je prends des risuqes en avançant que le proton est constitué de plusieurs quarks? Et puis... la nature composite de l'electron surement, puisque la charge est un multiple de la charge d'une particule plus petite. Doit on considerer alors 1/3*q comme charge élémentaire?
    Le proton est bien constitué de plusieurs quarks : uud (2 up et 1 down), sa charge est donc 2/3+2/3-1/3 = 1. C'est donc très étonnant que l'électron et le proton aient exactement la même chrge électrique !

    Pour la nature composite je ne suis justement pas sûr que l'argument soit suffisant.

    Je précise que dans un proton il y a aussi des gluons et des paires de quark-antiquark.
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  6. #5
    kron

    Re : Charge électrique élémentaire

    Une autre question : l'électron est bien plus petit que le quark ou le gluon, non?
    Life is music !

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    neutrinoman

    Re : Charge électrique élémentaire

    Je crois qu'on considère ces particules comme ponctuelles.
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  9. #7
    kron

    Talking Re : Charge électrique élémentaire

    Ponctuelle ? C'est a dire? (desolé mais je suis loin d'avoir le niveau en terme technique...)
    Life is music !

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  11. #8
    neutrinoman

    Re : Charge électrique élémentaire

    C'est-à-dire sans dimensions : un point comme objet mathématique.
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  12. #9
    Rincevent

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par neutrinoman
    C'est donc très étonnant que l'électron et le proton aient exactement la même chrge électrique !
    en fait c'est même un argument très fort en faveur des théories de "grande unification". Par exemple, simplement avec une théorie dans laquelle tu supposes que le groupe SU(5) est celui qui a généré le produit SU(3) x SU(2) x U(1) (qui décrit le modèle standard et dont on montre que c'est un sous-groupe de SU(5) que l'on peut obtenir par un mécanisme de Higgs), tu mets les quarks et l'électron dans "la même représentation" (au sens théorie des groupes), ce qui explique naturellement le lien entre les charges électriques.

    malheureusement, ce modèle simpliste prédit une durée de vie du proton en désaccord avec les mesures expérimentales (il vit trop longtemps par rapport au modèle), ce qui signifie que l'idée de mettre tout le monde (leptons + hadrons) dans le même groupe doit pas être complètement fausse, mais suffit pas de prendre SU(5)...

    reste ensuite que tu peux également supposer que ni l'électron ni les quarks ne sont réellement élémentaires et qu'ils ont des constituants communs, ce qui est une autre manière 'd'expliquer' la "coïncidence"...
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  13. #10
    neutrinoman

    Re : Charge électrique élémentaire

    D'accord mais là on veut faire coller la mesure à la théorie, ainsi on ne prédit pas que ces charges sont égales, non ? Ne sont-elles pas posées en paramètres comme dans le modèle standard ?

    Moi ce que je ne comprends pas c'est pourquoi ce sont les charges des leptons et du proton qui sont égales, si on avait eu l'égalité entre les charges des leptons et des quarks j'aurais préféré. Puisque ce sont (pour l'instant) nos briques élémentaires du modèle standard.

    Peut-être qu'avec un peu plus de théorie ceci me paraîtra évident mais je n'y suis pas encore.
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  14. #11
    Rincevent

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par neutrinoman
    D'accord mais là on veut faire coller la mesure à la théorie, ainsi on ne prédit pas que ces charges sont égales, non ?
    suis pas sûr de te comprendre...

    Ne sont-elles pas posées en paramètres comme dans le modèle standard ?
    si tu mets les quarks et l'électron dans la même représentation de SU(5), tu prédis que les charges sont toutes proportionnelles (dans le rapport 1, 2 et 3) à une unité fondamentale (celle qui est 1/3 en unité électronique).

    Moi ce que je ne comprends pas c'est pourquoi ce sont les charges des leptons et du proton qui sont égales, si on avait eu l'égalité entre les charges des leptons et des quarks j'aurais préféré.
    les quarks eux-mêmes ont pas la même charge : tu as un facteur 2... d'où le 1, 2 et 3 si tu mets l'électron avec...

    Peut-être qu'avec un peu plus de théorie ceci me paraîtra évident
    si tu regardes les histoires de SU(5) ça devrait t'éclaircir les idées...
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  15. #12
    Gilgamesh

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par neutrinoman
    D'accord mais là on veut faire coller la mesure à la théorie, ainsi on ne prédit pas que ces charges sont égales, non ? Ne sont-elles pas posées en paramètres comme dans le modèle standard ?
    -- S'il y avait le moindre écart entre les charges des nucléons et celle de l'éelctron en valeur absolu, le cumul ferait que la matière ne serait pas électriquement neutre. Disons que ça se verrait.


    C'est donc bien l'observation qui met une contrainte très forte que le modèle : celui ci doit prédire des charges en rapport entier les unes aux autres.


    a+

  16. #13
    neutrinoman

    Re : Charge électrique élémentaire

    Je suis d'accord avec e que tu dis Gilgamesh, mais mon problème est que le proton n'est pas une particule élémentaire. Ce qui m'étonne c'est que tu prends une particule composite faite de plusieurs autres particules et par magie on obtient la même charge qu'une particule qui elle est élémentaire. Cela me dérange un peu, surtout que si on remonte dans le temps on avait un état de plasma quarks-gluons et électrons. Donc l'équilibre des charges c'est fait d'une manière étrange. Dans son premier état j'aurai vu une matière (plasma) constituée de particules de même charge (valeur absolue) et dans des proportions égales.

    Je ne sais pas si des gens ont des éléments de réponse, mais je crois que les expériences ont montré que l'électron est élémentaire (il faut peut-être encore monter en énergie) alors je ne comprends pas ces différences d'états électriques. En plus je pense que des histoires de masses interviennent.
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  17. #14
    mikeuline

    Re : Charge électrique élémentaire

    Effectivement, je trouve que tu as raison c'est assez troublant. Je n'ai pas d'élément de réponse mais on peut imaginer que les quarks comme les électrons ne sont pas des particules fondamentales, et qu'il en existe d'autres, de charge encore inférieure (en valeur absolue) à e/3, dont l'électron et le quark seraient composés, dans des proportions différentes bien entendu...
    Quiconque n'est pas choqué par la théorie quantique ne la comprend pas. (Niels Bohr)

  18. #15
    Rincevent

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par neutrinoman
    Je ne sais pas si des gens ont des éléments de réponse, mais je crois que les expériences ont montré que l'électron est élémentaire (il faut peut-être encore monter en énergie) alors je ne comprends pas ces différences d'états électriques.
    je vais essayer de compléter ma réponse précédente car il me semblait que ton niveau était suffisant en physique des particules pour que tu comprennes l'idée...

    tu as déjà dû entendre parler de la symétrie "d'isospin" de l'interaction nucléaire forte. C'est la traduction du fait que la force nucléaire entre deux neutrons est la même qu'entre un neutron et un proton. C'est ce qui a amené Heisenberg à postuler que le neutron et le proton étaient deux aspects de la même particule : "le nucléon". Il y a "simplement" entre les deux une "rotation dans l'espace des isospins" (le terme initial d'Heisenberg était `isotopic spin'). Le proton a un isospin +1/2, le neutron -1/2, de la même façon que l'électron de spin 1/2 peut 'pointer vers le haut (=+1/2) ou vers le bas (-1/2).

    en "pratique", cela veut dire que tu rassembles les deux particules dans un "doublet" (grossièrement un spineur à 2 composantes de l'espace des isospins). Lorsque la flèche est vers le haut, tu as un proton. Vers le bas un neutron.

    plus tard, avec la théorie de l'interaction faible et les quarks, on a généralisé ce principe avec l'introduction de "l'hypercharge" qui est une grandeur conservée dans les interactions (et liée à l'existence de groupes de symétrie plus larges que le SU(2) proposée par Heisenberg pour l'isospin).

    en gros, si tu oublies l'existence des quarks plus lourds que s, tu peux écrire

    Q = I_3 + Y/2 ,

    où dans un même "multiplet" (= une "représentation" du groupe) Q est la charge, I_3 l'Isospin (plutôt sa projection qui est positive ou négative) et Y l'hypercharge qui est égale à la somme du nombre baryonique et de l'étrangeté.

    si tu prends les pions, ils forment un triplet avec 3 valeurs possibles pour I_3 avec B=S=0 et les 3 charges possibles...

    bref. Pour résumer tout ça : quand tu supposes que tes particules sont rassemblées dans des "réprésentations" des groupes de jauge de ta théorie d'interaction (ce que fait le modèle standard), tu as nécessairement des "nombres quantiques" conservés. Si les quarks ont une charge 1/3 ou 2/3 (en valeurs absolues), c'est parce qu'on les mets dans les mêmes "multiplets" et on peut donc en quelques sortes les voir comme divers aspects d'une seule et même particule (cf le neutron et le proton qui sont deux visages du nucléon).

    si tu supposes que l'interaction forte et l'interaction électrofaible sont rassemblée dans une super interaction qui comporte la symétrie SU(5), alors il t'est possible de mettre les quarks, l'électron et le neutrino dans la même représentation, ce qui implique :

    - qu'il existe une "charge-unifiée" avec une relation généralisant celle écrite plus-haut (si tu prends un neutrino, un quark up, un quark down et un électron, tu vois que tu as, dans l'ordre, la liste des charges électriques 0, -1/3, 2/3, -1) ;

    - que toutes ces particules sont plusieurs visages d'une même "méga-particule", ce que suggèrent aussi les modèles à base de supercordes où tout le monde se retrouve à être différents états de vibrations des cordes...

    en bonus, voici un bouquin gratuit (attention fichier pas mal gros) sur les groupes et les symétries en physique... c'est plus orienté cristallo et chimie quantique, mais à la fin y'a un truc sur la physique des particules...

    www.emma.inpl-nancy.fr/doc/symetrie04.pdf

    j'sais pas si ça t'aura aidé, mais on pourra pas me reprocher de pas avoir essayé...
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  19. #16
    neutrinoman

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par Rincevent
    je vais essayer de compléter ma réponse précédente car il me semblait que ton niveau était suffisant en physique des particules pour que tu comprennes l'idée...
    C'est gentil mais je connais tout ça par coeur (mais ce n'est pas perdu ça servira a beaucoup de monde, en plus c'est bien expliqué). Moi dans cette démarche je vois qu'on crée des multiplets mais ça ne prédit rien, ça colle à l'expérience.

    Là on décrit le modèle standard qui n'est pas complet et ça n'interdit pas le fait que l'électron puisse ne pas être élémentaire. Après tout les gens étaient satisfaient de SU(2) (pour p et n) au début.

    Je ne sais pas si j'arrive à dire ce que je veux, je vois qu'on a fabriqué un modèle qui décrit bien ce qu'on observe mais qui n'explique pas pourquoi c'est comme ça ! Pourquoi ee = ep ? Puisque les charges élémentaires sont e/3.
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  20. #17
    Rincevent

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par neutrinoman
    C'est gentil mais je connais tout ça par coeur
    le pire c'est qu'il me semblait bien que c'était le cas...

    je vois qu'on a fabriqué un modèle qui décrit bien ce qu'on observe mais qui n'explique pas pourquoi c'est comme ça ! Pourquoi ee = ep ? Puisque les charges élémentaires sont e/3.
    là, j'avoue que je ne comprends pas ton problème...

    si tu as un proton qui est fait de quarks et que ton modèle explique que la charge de l'électron est reliée à celles des quarks car toutes ces particules sont plusieurs visages de la même mégaparticule, ça me semble une "explication"... non ?

    tu veux pas détailler ce qui te plaît pas ?
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  21. #18
    Rincevent

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par neutrinoman
    dans cette démarche je vois qu'on crée des multiplets mais ça ne prédit rien, ça colle à l'expérience.
    pas complètement : le fait de mettre du SU(5) via une unification des forces te prédit des effets nouveaux pas encore observés... donc c'est rien de plus qu'une brève "explication mathématique" de ce à quoi doit ressembler la véritable explication qui repose sur un machin d'unification (d'interactions, de particules, ou des deux).

    Là on décrit le modèle standard qui n'est pas complet et ça n'interdit pas le fait que l'électron puisse ne pas être élémentaire. Après tout les gens étaient satisfaient de SU(2) (pour p et n) au début.
    la différence étant que SU(5) n'est pas encore dans le modèle standard.... il est dans certaines de ces extensions...
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  22. #19
    Agel

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par neutrinoman
    (Question encore plus bête : cela ne traduit-il pas une nature composite de l'électron ?)
    Salut,

    Non neutrinoman ta question est non seulement judicieuse mais fondamentale et a une très grande probabilité d’être une réalité physique. Certains modelés du CERN tendraient à le confirmer.


    Le savoir c’est bien, le comprendre c’est mieux.

    Agel

  23. #20
    neutrinoman

    Re : Charge électrique élémentaire

    Bon je crois que je vois un peu cette histoire de différents états de charges d'une même particule. Mais pour moi le modèle standard n'a pas de prédiction à ce niveau là. On a construit les multiplets par rapport aux observations et symétries. Par contre à partir de tout ça on a réussi des prédictions.

    Enfin il faut que je bosse un peu plus les GUT. Désolé de t'embéter Rincevent, merci en tous cas.
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  24. #21
    Rincevent

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par neutrinoman
    Mais pour moi le modèle standard n'a pas de prédiction à ce niveau là.
    si tu mets SU(5), y'en a... mais c'est plus le MS...

    je crois d'ailleurs que pendant quelques temps un autre argument contre ce genre "d'unification" était que le neutrino devrait avoir une masse s'il était dans un multiplet... mais bon, faudrait que je révise un peu... mes souvenirs commencent à dater un peu

    On a construit les multiplets par rapport aux observations et symétries. Par contre à partir de tout ça on a réussi des prédictions.
    euh... j'avoue que je te suis pas vraiment... c'est pas ce qu'on fait d'habitude en physique : observer, remarquer un ordre apparent, faire un modèle mathématique pour "expliquer" l'ordre (cf le modèle des quarks par exemple qui a quand même expliqué pas mal de trucs en physique hadronique), puis regarder si ce modèle prédit pas d'autres phénomènes physiques inobservés à ce jour ?

    je suis d'accord que si tu te contentes de dire "tout ça forme un multiplet", ça va pas très loin... mais les multiplets te donnent quand même une liste de réactions possibles et interdites... ce qui en soit montre que le fait de mettre les particules ensemble est pas complètement anodin...

    idem pour les transitions interdites en physique atomique, non ?

    Désolé de t'embéter Rincevent
    jusqu'à preuve du contraire personne m'oblige à répondre ni même à lire tes messages...
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  25. #22
    neutrinoman

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par Rincevent
    euh... j'avoue que je te suis pas vraiment... c'est pas ce qu'on fait d'habitude en physique : observer, remarquer un ordre apparent, faire un modèle mathématique pour "expliquer" l'ordre (cf le modèle des quarks par exemple qui a quand même expliqué pas mal de trucs en physique hadronique), puis regarder si ce modèle prédit pas d'autres phénomènes physiques inobservés à ce jour ?
    C'est en fait ça que j'entendais en disant qu'on a construit des multiplets. Mais je ne savais pas trop bien le dire, ce que tu as bien fait.

    Je pensais donc que dans le cadre du SM les charges électriques étaient des paramètres qui avaient été posées, comme les masses. Mais c'est vrai que ta super particule me plait bien.

    Enfin corrige-moi si je me trompe aujourd'hui avec le SM on ne peut pas vraiment expliquer ces états de charges différents ?

    Merci pour tout
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
    [OLFQJTLM]

  26. #23
    Rincevent

    Re : Charge électrique élémentaire

    Citation Envoyé par neutrinoman
    Je pensais donc que dans le cadre du SM les charges électriques étaient des paramètres qui avaient été posées, comme les masses. Mais c'est vrai que ta super particule me plait bien.
    elle est pas encore là...

    pour l'instant, on a que des mégaquarks je crois... (je préfère éviter super pour pas sonner 'supersymétrie' )

    Enfin corrige-moi si je me trompe aujourd'hui avec le SM on ne peut pas vraiment expliquer ces états de charges différents ?
    bah on met déjà des quarks dans des doublets... (d'où les mégaquarks) mais si je me plante pas, tant que tu conserves séparément le nombre leptonique et le nombre baryonique, tu mets pas tout le monde sous la même banière et donc tu expliques pas la relation entre la charge des quarks d'un côté et celle de l'électron de l'autre... ce que je voulais juste dire depuis le début c'est que la "coïncidence numérique" dont tu parlais était un autre argument en faveur du principe d'unification...

    Merci pour tout
    bah, euh, de rien... ça m'a permis de me rafraichir un peu la mémoire d'essayer de t'apporter des éléments de réponse...
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  27. #24
    neutrinoman

    Re : Charge électrique élémentaire

    Ok, mes idées sont vraiment plus claires maintenant !
    La preuve que les extra-terrestres existent est qu'ils ne sont jamais venus nous voir !
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