Etrangeté en physique des particules

[Jada]

Bonjour à tous,

J'ai une question peut être un peu stupide mais comment on fait pour déterminer l'étrangeté d'une particule lorsqu'on n'utilise pas le modèle des quarks ?

JadA
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[mariposa]

Bonjour à tous,

J'ai une question peut être un peu stupide mais comment on fait pour déterminer l'étrangeté d'une particule lorsqu'on n'utilise pas le modèle des quarks ?

JadA

Bonjour,

Une réponse très courte:

Le concept d'étrangeté existait avant la conception des quarks. L'étrangeté était fait pour rendre compte d'une classification des réactions entre particules.

[Rincevent]

bonjour,

pour compléter : l'étrangeté a été introduite pour expliquer le fait que certaines particules, dites justement étranges, avaient des durées de vie plus longues qu'elles ne devraient compte tenu de leurs masses élevées. Ces particules apparaissant toujours par paires, Gell-Mann et Nishijima postulèrent un principe de conservation de l'étrangeté par l'interaction électromagnétique et l'interaction forte (grâce à laquelle elles sont créées), mais pas par l'interaction faible (responsable de leur désintégration).

donc après suffit de compléter des tables en se reposant sur les règles précédentes...

[mariposa]

Je complète ce qu'a dit Rincevent.

A près avoir découvert un certain nombre de particules on réussit à les classer suivant leur cinétique de réaction. En gros quand la réaction est rapide on considère que la réaction est autorisée sinon on considére qu'elle est interdite.

C'est ainsi que l'on a divisé les Baryons en 2 familles: les hadrons auxquels on attribue un nombre Baryonique = 1 et les mésons un nombre Baryonique = 0 (On donne également un nombre B = -1 pour les anti-hadrons).

Avec cette convention on vérifie que le nombre Baryonique est bien conservé pour les réactions connues, jusqu'au jour ou l'on découvre ques des réactions qui conserve le nombre baryonique, donc autorisées, sont en fait interdites!!!!

La solution est de créer un nouveau nombre quantique qui interdise la nouvelle réaction sans pour autant interdire les réactions qui s'avèrent autorisées par la conservation du nombre baryonique. Ce nouveau nombre c'est l'étrangeté.

En concret on a une réaction autorisée qui s'écrit:

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
PI- + p donne K° + Lambda°

En nombre baryonique çà donne: 0 + 1 donne 1 + -1
En nombre d' étrangeté çà donne: 0 + 0 donne 1 + -1

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

K° se désintégre très lentement en Pi+ + Pi-

En nombre baryonique çà donne : 0 donne 0 + 0
En nombre d' étrangeté çà donne: 1 donne 0 + 0 (l'étrangeté n'est pas conservée donc la désintégration est interdite).

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Lamda° se désintègre lentement en Pi- + p

En nombre baryonique çà donne : 1 donne 0 + 1
En nombre d' étrangeté çà donne: -1 donne 0 + 0 (l'étrangeté n'est pas conservée donc la désintégration est interdite).

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

C'est ainsi que l'on arrive dans un shéma cohérent. En termes de quarks les baryons etranges contiennent un quark......étrange.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jada]

Merci beaucoup pour vos réponses.
Si je comprends bien l'étrangeté est introduite de manière "ad hoc" à partir des réactions observées.
Dans ce cas, si je prends ton exemple, mariposa, je sais que et sont respectivement un baryon et un méson d'étrangeté opposée. Pour déterminer la valeur de l'étrangeté de , il faut savoir son isospin, son hypercharge et qu'il est dans un octet de SU(3), non ?
Mais alors comment s'est-on rendu compte que les "bons" paramètres pour classer les baryons avec un octet de SU(3) sont l'isospin et l'hypercharge ?

[Rincevent]

Avec cette convention on vérifie que le nombre Baryonique est bien conservé pour les réactions connues, jusqu'au jour ou l'on découvre ques des réactions qui conserve le nombre baryonique, donc autorisées, sont en fait interdites!!!!

en fait on sait que cette conservation n'est pas absolue :

- des processus non-perturbatifs du modèle standard la violent (ce qui tombe bien pour les conditions de Sakharov concernant l'asymétrie entre matière et antimatière en cosmologie)

- un trou noir l'efface

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
PI- + p donne K° + Lambda°

En nombre baryonique çà donne: 0 + 1 donne 1 + -1
En nombre d' étrangeté çà donne: 0 + 0 donne 1 + -1

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

coquilles dans ce qui précède : 0+1 n'est pas égal à 1-1 (cf. le nombre baryonique)

K° se désintégre très lentement en Pi+ + Pi-

il est plus vicieux que ça même s'il le fait souvent (cf. les oscillations)

Si je comprends bien l'étrangeté est introduite de manière "ad hoc" à partir des réactions observées.

historiquement, oui

Pour déterminer la valeur de l'étrangeté de , il faut savoir son isospin, son hypercharge et qu'il est dans un octet de SU(3), non ?

non. Comme on observait que certaines particules vivaient plus longtemps que ce qu'elles auraient dû si on se fiait uniquement à leur masse, on a supposé l'existence d'un nombre quantique additif nommé étrangeté et dit que les particules qui vivaient trop longtemps, c'était parce que l'interaction forte ne pouvait pas les aider à se désintégrer car elle conserve cette quantité, contrairement à l'interaction faible dont on a supposé qu'elle ne la conservait pas. Historiquement, c'est donc un tric ad hoc qui a ajouté une couche aux nombres quantiques déjà connus à l'époque. C'est par la suite que Gell-Mann et autres on introduit la voie octuple et tout le reste... ce que tu dis, c'est donc vrai, uniquement si on prend l'histoire à l'envers, ne considère que les particules composée de u,d et s, et sait que les particules sont rassemblées et octets et décuplets.

Mais alors comment s'est-on rendu compte que les "bons" paramètres pour classer les baryons avec un octet de SU(3) sont l'isospin et l'hypercharge ?

Peu après avoir introduit de manière ad hoc l'étrangeté, Gell-Mann et Nishijima ont constaté une curieuse relation connue depuis sous le nom de formule de Gell-Mann et Nishijima.Ce fut un premier pas vers la voie octuple... mais faut pas se leurrer, c'était un peu de la numérologie à l'époque... c'est pas pour rien que certains avaient proposé des trucs aussi "osés" que le bootstrap... et même quand il a trouvé la voie octuple, Gell-Mann ne croyait pas en l'existence physique des quarks (contrairement à Zweig qui proposa les "as" comme étant des trucs physiques mais ne fut pas entendu).

[mariposa]

coquilles dans ce qui précède : 0+1 n'est pas égal à 1-1 (cf. le nombre baryonique)

Bonjour,

Pour rectifier la coquille:

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
PI- + p donne K° + Lambda°

En nombre baryonique çà donne: 0 + 1 donne 0 + 1
En nombre d' étrangeté çà donne: 0 + 0 donne 1 + -1

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En effet puisque K° est un méson et Lambda° un hadron

il est plus vicieux que ça même s'il le fait souvent (cf. les oscillations)

J'ai bien sûr simplifié, pour se concentrer sur l'introduction phénomènologique (numérologique) ?) de l'étrangeté.

[mariposa]

Dans ce cas, si je prends ton exemple, mariposa, je sais que et sont respectivement un baryon et un méson d'étrangeté opposée. Pour déterminer la valeur de l'étrangeté de , il faut savoir son isospin, son hypercharge et qu'il est dans un octet de SU(3), non ?
Mais alors comment s'est-on rendu compte que les "bons" paramètres pour classer les baryons avec un octet de SU(3) sont l'isospin et l'hypercharge ?

Bonjour,

Remarquable préalable:Pour répondre à ta question je fais faire quelques petits (gros ?) arrangements avec l'histoire. En effet celle-ci est loin d'être linéaire et l'attribution des nombres quantiques fût très empirique et ressemble comme dit Rincevent à de la numérologie.

Avant: L'isospin fort SU(2)

Avant de découvrir une foule de particules étranges on était arrivé à classer les particules selon le groupe SU(2) cad le groupe d'isospin.

Il s'agit bien entendu de la même structure mathématique que celle du spin, mais le concept d'isospin n'a rien à voir physiquement avec celui du spin. On a donc regrouper les mésons et les hadrons (et même les noyaux nucléaires) selon les multiplets de SU(2).

Pour éviter une éventuellement confusion l'isospin dont il est question ici s'appelle l'isospin fort en rapport à l'interaction forte car il existe l'isospin faible en rapport avec l'interaction faible.

Après SU(3) ?

Devant l'accumulation du nombre de particules il est apparu légitime de les regrouper selon leur spin (le vrai) et la parité.

Déjà à ce niveau on voit apparaitre (avec les yeux de la foi) des regroupements en multiplets suggérant un groupe plus gros dont SU(2) isospin serait un sous-groupe (pour ne pas remettre en cause la classification sU(2).

Ce groupe c'est SU(3) le groupe des matrices unitaires de trace nulle. De même que le groupe SU(2) possède 3 générateurs qui sont les matrices de Pauli le groupe SU(3) possède 8 générateurs qui sont donc 8 matrices 3*3.

Ce qu'il y a de remarquable est que ce groupe possède 2 générateurs qui commutent. On peut donc classer les particules (ce sont des états propres et des vecteurs propres) selon 2 nombres quantiques |A, I3, Y>.

I3 est l'isospin habituel (ce qui prouve bien que SU(2) est un sous-groupe.

Y est un nombre quantique que l'on va appeller arbitrairement (pour l'instant) hYpercharge.

A permet de distinguer les états ayant même isospin et même hypercharge.

On peut faire un diagramme 2*2 dans le plan pour pointer les particules possibles du point de vue de SU(3).

Et où donc passé l'étrangeté là-dedans?

sI on pose Y = B + S

B le nombre baryonique et S l'étrangeté alors il suffit de retrancher le nombre baryonique pour avoir un classement des états selon |A, I3 ,S>. En se rappelent que B = 0 pour les mésons et B = 1 pour les hadrons.

Comme je l'ai dit au début cela ne sait pas passer aussi linéairement historiquement.

[Jada]

Bonjour,

ce que tu dis, c'est donc vrai, uniquement si on prend l'histoire à l'envers, ne considère que les particules composée de u,d et s, et sait que les particules sont rassemblées et octets et décuplets.

Je suis bien d'accord, mais je ne comprends toujours pas comment introduire de manière non ambigue l'étrangeté simplement à partir de réactions. Pour moi, elle est définie relativement par rapport à celle des autres particules participant à l'interaction, non ?

Devant l'accumulation du nombre de particules il est apparu légitime de les regrouper selon leur spin (le vrai) et la parité.

Déjà à ce niveau on voit apparaitre (avec les yeux de la foi) des regroupements en multiplets suggérant un groupe plus gros dont SU(2) isospin serait un sous-groupe (pour ne pas remettre en cause la classification sU(2).

Merci, je crois que ca répond un peu à ma seconde question.

[Rincevent]

Pour moi, elle est définie relativement par rapport à celle des autres particules participant à l'interaction, non ?

bah oui, bien évidemment. C'est exactement ce qu'on te dit depuis le début. Et c'est pour ça qu'au bout du compte, contre toute logique, les particules qui sont composées de quarks s (par opposition à celles qui sont composées d'antiquarks s) ont une étrangeté négative : y'avait une chance sur deux au moment de l'attribution et ça a été choisi "dans le mauvais sens"

[mariposa]

en fait on sait que cette conservation n'est pas absolue :

- des processus non-perturbatifs du modèle standard la violent (ce qui tombe bien pour les conditions de Sakharov concernant l'asymétrie entre matière et antimatière en cosmologie)

Là j'avais pas vu! Où cela se trouve t-t-il dans le modèle standard?

- un trou noir l'efface

Un peu de lumière sur le role du trou noir dans cette affaire m'interpelle.

[Rincevent]

Là j'avais pas vu! Où cela se trouve t-t-il dans le modèle standard?

ici : sphaléron

Un peu de lumière sur le role du trou noir dans cette affaire m'interpelle.

c'est tout simplement relié au théorème de calvitie : puisque le TN ne conserve le souvenir que de la charge électrique, du moment cinétique et de l'énergie, le nombre baryonique (ou autre nombres quantiques similaires) ne peut pas être conservé. Et on ne s'attend évidemment pas à ce que sortir du cadre de la RG redonne la conservation du nombre baryonique puisque les diverses interactions proposées à hautes énergies la violent également.

[Jada]

bah oui, bien évidemment. C'est exactement ce qu'on te dit depuis le début. Et c'est pour ça qu'au bout du compte, contre toute logique, les particules qui sont composées de quarks s (par opposition à celles qui sont composées d'antiquarks s) ont une étrangeté négative : y'avait une chance sur deux au moment de l'attribution et ça a été choisi "dans le mauvais sens"

OK, ca ne m'est pas paru du tout évident en lisant. merci.