Diamètre d'une particule

[Sylvestre]

Bonjour à tous,

Il y a quelque chose que je ne comprends pas en physique quantique : le diamètre des particules élémentaires. Tout d'abord, j'aimerais savoir comment il est défini.
Par exemple, j'ai lu que l'électron avait un diamètre inférieur à 10^(-18) et que le nucléon avait un diamètre fini de l'ordre de 10^(-15), sauf erreur.
Mon problème est que la position d'une particule est donnée par l'amplitude de le trouver en chaque point de l'espace, ce sont les . Mais si je mesure que la particule se trouve en x, alors est-ce qu'elle est de diamètre zéro ? Je ne sais pas si ce que je ne comprends est lié à l'inégalité position-impulsion. Est-ce qu'il est possible de "lire" le diamètre d'une particule à partir des , ou est-ce une autre propriété ?

Merci beaucoup pour vos réponses
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[Cassano]

Je profite de cette question pour en poser une qui la rejoint et qui me taraudais : selon la théorie des cordes, les particules ponctuelles sont exprimées par des cordes, c'est-à-dire des objets ayant une extension spatiale, contrairement aux points materiels de la théorie classique, c'est-à-dire sans dimension (autrement dit, le point comme le définissait déja Euclide).

Mais alors, comment peut-on donner une dimension aux particules? Par exemple, pour la pression de dégénerescence baryonique (dans les étoiles à neutrons), les neutrons sont "si serrés qu'ils se touchent, formant une sorte de neutrons géant" (ne prétez pas attention à cette tournure langagière surment maladroite, qui ne sert qu'a expliquer de façon imagée les rapports de distances évoqués dans le cas de la pression de dégénerescence baryonique ).

Comment "mesurer" ou "calculer" cette taille? Avec le principe d'incertitude d'Heisenberg? A l'aide des lois de la chromodynamique quantique?

Merci d'avance.

[invite79a98872]

Puisque les nucléons ne sont pas des particules élémentaires il n'y a pas de soucis pour leur donner une taille (c'est pareil que pour un noyau ou encore un atome).

Pour sonder une particule on la bombarde avec d'autres particules et on regarde comment elle sont diffusées. Plus la particule est énergétique et plus ont peu s'approcher près de la première voir même entrée dedans si la particule est composite. Dans ce cas on voit la taille de la particule puisque c'est le moment où il se passe de nouvelles choses.

Par contre je ne connais pas trop la théorie des cordes.

[Sylvestre]

Puisque les nucléons ne sont pas des particules élémentaires il n'y a pas de soucis pour leur donner une taille (c'est pareil que pour un noyau ou encore un atome).

Désolé, mais je ne comprends pas pourquoi le fait d'être composite implique qu'il n'y pas de soucis pour la taille

Pour sonder une particule on la bombarde avec d'autres particules et on regarde comment elle sont diffusées. Plus la particule est énergétique et plus ont peu s'approcher près de la première voir même entrée dedans si la particule est composite. Dans ce cas on voit la taille de la particule puisque c'est le moment où il se passe de nouvelles choses.

Là, il me semble que je comprends quelque chose. Toutefois, maintenant j'ai de nouvelles questions. D'abord comment fait, on pour bombarder une particule. Est-ce que l'on bombarde son "nuage d'amplitude" (les ) et on regarde ce qui se passe, comme tu l'as dit ? Ou bien est-ce que l'on sait exactement où se trouve la particule et on la bombarde ensuite ? Est-ce que l'on peut connaître le rayon d'une particule par son "nuage d'amplitude" ?

En tout cas, merci beaucoup de m'aider à comprendre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Cassano]

Puisque les nucléons ne sont pas des particules élémentaires il n'y a pas de soucis pour leur donner une taille (c'est pareil que pour un noyau ou encore un atome).

Le problème, c'est qun baryon n'est composé que de quarks. Et que avant les récents PQG (plasmas de quarks et de gluons), les particules-sondes comme les paticules sondées étaient des nucléons .

[Floris]

Bonsoir, je ne vaus en aucun cas interompre cette discussuin par mon manque de connaissance dans le domaine. Je n'ai pas non plus les compètences pour répondre à la question de Sylestre. Je sait simplement qu'en MQ les particules sont des points car en effet, c'est là ou se produit la réduction du paquet d'onde. Maintenant parler d'un diamètre d'une particule, (il se peut fortement que je dise des betises donc dans ce cas merci de me coriger, comme cela j'en apprendrais tout autant). Mais quand on parle de son diamètre, ne parle t'on pas de l'étendue spatiale dans le volume? Mais ce que je dit doit ètre très faux car pourtent j'entend dire que le proton est plus gros, mais pourtent il à une masse supérieur donc sa logueurs d'onde au repos doit étre plus courte non? Mais encore, une question qui me vien, si je prend la relation de Louis de Borgile, si la particule est au repos dans mon referentiel alors celle ci n'a aucune quantité de mouvement et il est donc impossible de connaitre sa logueurs d'onde si?

Désolé d'avoir d'avoir posté mon message mais ma curiosité est plus forte que moi.
Amicalement à tous.
Floris

[Lévesque]

Attention. En mécanique quantique, les objets ne sont pas représentés par des points. Ils ne sont pas non plus représentés par une onde classique. Pour faire simple, la propriété physique d'un objet quantique dépend de l'arrangement expérimental utilisé. Si vous souhaitez mesurer la position d'un objet quantique, alors le processus de mesure fait disparaitre ses propriétés ondulatoires, et l'objet semble se conduire comme une particule. De même, si vous observez le comportement ondulatoire d'un objet quantique, alors son comportement corpusculaire ne se manifeste pas.

Ça peut prendre plusieurs années avant de bien comprendre tout ce que cela implique. Un truc, c'est de lire beaucoup sur le sujet, et de différents auteurs qui expliquent ça différemment. Je suggère comme première lecture le premier chapitre des Lectures on Physics III, de Richard P. Feynman. Pour être aussi clair que lui sur le sujet, je devrais au moins copier-coller ce chapitre au complet.

Une fois qu'on accepte que les propriétés manifestées dépendent du contexte expérimental, on réalise que la taille d'un objet quantique n'a de sens que si on explique comment cette taille est mesurée. La taille d'un atome, mesuré en diffusant sur celui-ci des rayons-x, ne serait pas la même qu'en diffusant des neutrons. En fait, la taille de l'objet dépend des forces qui le lient avec ce qu'il diffuse. Donc, on ne peut pas dire qu'un proton a telle taille, puisque cette taille change avec le contexte expérimental. Pour illustrer cette idée, on n'utilise pas le mot taille en MQ mais plutôt l'expression "section efficace de diffusion".

Voir http://www.sciences.ch/htmlfr/physat...physnucl01.php à la section Diffusion de Rutherford pour une illustration des concepts en jeux dans un processus de diffusion historique.

[Floris]

Salut lévesque, merci pour ton message. Quand tu parle de section efficace de diffusion, ne s'agit t'il pas du même principe ou l'on envois des électrons. Plus leurs énergie est importantes plus l'on peut sonder en détails car la logueurs d'onde de l'électrons devient de plus en plus restreinte?
merci encore
Bien amicalement
flo

[Lévesque]

Oui. Plus les électron sont énergétique, plus leur longueur d'onde de de Broglie est petite. C'est comme avec la lumière. Des rayons-x énergétiques vont sonder plus précisément que la lumière du spectre visible, par exemple.

Si tu as une théorie atomique, il est possible de prédire une section efficace de diffusion. Expérimentalement, il est assez simple d'obtenir cette donnée pour vérifier la théorie.

[Floris]

Bonjour à toi et merci Lévesque pour ton explication.
Ainsi donc pour mesurer la dimension d'une particule c'est exactement ce même principe que l'on utilise, si je crois bien comprendre. Ainsi pour sonder un proton, l'énergie nésésaire est moins importante que celle nésésaire pour sonder un électron non?

Merci encore à toi, passe une bonne journé.
flo

[Seb299792]

Bonjour à toi et merci Lévesque pour ton explication.
Ainsi donc pour mesurer la dimension d'une particule c'est exactement ce même principe que l'on utilise, si je crois bien comprendre. Ainsi pour sonder un proton, l'énergie nésésaire est moins importante que celle nésésaire pour sonder un électron non?

Merci encore à toi, passe une bonne journé.
flo

Et oui, c'est tout à fait cela.
Et c'est pour cela que l'on construit un accélérateur de particules bien plus puissant pour sonder plus avant la matière.

[Lévesque]

Attention. "Sonder" n'est pas un processus qui te renseigne seulement sur l'objet sondé. Je perçois que c'est ce que tu pense. Le résultat d'un "sondage" te donne de l'information à la fois sur la particule qui sonde, et à la fois sur la particule qui est sondée. Par exemple, un neutron est invisible pour un électron. Mais un neutron n'est pas invisible pour un proton. Est-ce que tu peux dire que le neutron est à la fois trop petit pour être visible, et à la fois assez gros pour être visible? Comme tu vois, le mot taille n'a pas vraiment de sens. On parle plutôt section efficace de diffusion.

Si ta question suppose implicitement que le proton nécessite moins d'énergie pour être sondé parce que sa taille est plus grande que celle de l'électron, tu fais fausse route. Pour connaître le potentiel d'interaction (taille), tu dois connaître les forces en jeux.

Va voir sur le lien que j'ai donné dans mon post l'image sur la diffusion de particules alpha. On voit clairement que les particules ne se touchent jamais réellement. Tu vois donc aisément dans cette image que "la taille" comme tu dis n'est toujours qu'en apparence. Et il n'existe pas de procédé expérimental pour déterminer la taille absolue (dans le sens de la vraie taille de l'objet). Et comme Feynman se plaît à le rappeler souvent, tant qu'une chose (la taille, par exemple) ne peut pas être définie expérimentalement, elle n'a pas sa place dans une théorie. Et le fait que nous ne puissions pas vraiment mesurer cette chose n'implique pas forcément qu'on ne peut pas en parler. Ça implique seulement que nous n'avons pas besoin d'en parler. Un concept ou une idée qui ne peut pas être mesurée ou déduite directement par l'expérience peut être, ou peut ne pas être utile. Ils n'ont pas besoin d'exister dans la théorie."

La taille, comme tu la sous entend, est justement ce genre de concept. La vraie taille qui se rapporte à l'expérience et qui doit exister dans la théorie, c'est celle qui correspond à la section efficace de diffusion.

[Lévesque]

Et oui, c'est tout à fait cela.
Et c'est pour cela que l'on construit un accélérateur de particules bien plus puissant pour sonder plus avant la matière.

Non. Si on construit des accélérateur de particules de plus en plus puissant, ce n'est pas pour passer du sondage du proton au sondage de l'électron (par exemple). C'est plutot pour passer du sondage du proton, au sondage des quarks à l'intérieur du proton. L'analogie la plus simple est la lumière. Sonder une jambe avec la lumière du soleil te permet de déduire un objet en forme de jambe. Si tu sonde avec des rayons x, tu peux en apprendre sur la structure même de la jambe, comme elle est fait à l'intérieur.

[Seb299792]

Non. Si on construit des accélérateur de particules de plus en plus puissant, ce n'est pas pour passer du sondage du proton au sondage de l'électron (par exemple). C'est plutot pour passer du sondage du proton, au sondage des quarks à l'intérieur du proton. L'analogie la plus simple est la lumière. Sonder une jambe avec la lumière du soleil te permet de déduire un objet en forme de jambe. Si tu sonde avec des rayons x, tu peux en apprendre sur la structure même de la jambe, comme elle est fait à l'intérieur.

Oui tout à fait, d'ailleur je n'ai pas dit qu'on le construisait juste pour sonder des électrons. Vu qu'actuellement, on en est déjà au niveau des quarks.

Je pense d'ailleur qu'on peut réfléchir à construire le suivant car plus nous irons vers les hautes énergies et plus nous trouverons d'autres particules.
Mais ceci est un autre débat.

[Floris]

Bonjours merci à vous deux pour vos messages. Bon je pense comprendre bien, ce que vous entendez par secttion efficase de diffusion. Je me permet de reposer une petite question sans doute très idiote, je m'en excuse. "Mais encore, une question qui me vien, si je prend la relation de Louis de Borgile, si la particule est au repos dans mon referentiel alors celle ci n'a aucune quantité de mouvement et il est donc impossible de connaitre sa logueurs d'onde si?"

merci encore à vous.
flo

[invite09c180f9]

Bonjour à tous,

Il y a quelque chose que je ne comprends pas en physique quantique : le diamètre des particules élémentaires. Tout d'abord, j'aimerais savoir comment il est défini.
Par exemple, j'ai lu que l'électron avait un diamètre inférieur à 10^(-18) et que le nucléon avait un diamètre fini de l'ordre de 10^(-15), sauf erreur.
Mon problème est que la position d'une particule est donnée par l'amplitude de le trouver en chaque point de l'espace, ce sont les . Mais si je mesure que la particule se trouve en x, alors est-ce qu'elle est de diamètre zéro ? Je ne sais pas si ce que je ne comprends est lié à l'inégalité position-impulsion. Est-ce qu'il est possible de "lire" le diamètre d'une particule à partir des , ou est-ce une autre propriété ?

Merci beaucoup pour vos réponses

Salut,
en fait, globalement en physique quantique tu peux dire qu'une particule est une excitation localisée d'un champ!!
En fait on parle de particule, mais les particules ne sont qu'un mot de plus pour comprendre plus facilement les phénomènes!! En fait, les particules ne sont pas "sphériques" (du moins nous n'en savons rien), ce que l'on voit (à travers des microscopes éléctronioques par exemple) c'est un "nuage" d'énergie, ce qui donne cette impression sphérique ; mais après nous ne savons pas comment elles sont, effectivement certains prédisent qu'elles se comportent comme des cordes (fermées et ouvertes selon la particule considérée) qui oscilleraient avec un mode propre de vibration!!

[Sylvestre]

Merci pour toutes vos réponses.

Je comprends mieux maintenant où se situe le problème. Je vais essayer d'approfondir ces notions par moi-même. Est-ce que vous auriez de bons livres ou sites à étudier ? Je connais déjà les base de la physique quantique et j'ai suivi un cours de physique statistique et un autre d'introduction au modèle standard. Je suis un peu perdu pour trouver un bon livre.

Merci encore