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Stabilité neutronique



  1. #1
    dragounet

    Stabilité neutronique


    ------

    Amis du savoir, bonjour, j'ai une minuscule question à soumettre à votre sagacité.

    En dehors du noyau le neutron aurait une espérance de vie de 15 minutes.

    Quel est le phénomène qui le rend stable dans le noyau ?

    Est-ce une particule grégaire qui déprime toute seule et se suicide ? (Bon la je fais un poil d’anthropomorphisme, je sais).

    -----

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  3. #2
    mariposa

    Re : Stabilité neutronique

    Citation Envoyé par dragounet Voir le message
    Amis du savoir, bonjour, j'ai une minuscule question à soumettre à votre sagacité.

    En dehors du noyau le neutron aurait une espérance de vie de 15 minutes.

    Quel est le phénomène qui le rend stable dans le noyau ?

    Est-ce une particule grégaire qui déprime toute seule et se suicide ? (Bon la je fais un poil d’anthropomorphisme, je sais).
    Bonjour,

    Cette question a été posée n fois avec n>50

    Fais donc d'abord une petite recherche sur Futura et aussi sur Wikipedia

  4. #3
    dragounet

    Re : Stabilité neutronique

    J'ai trouvé:

    La stabilité des noyaux est une affaire d’énergie
    Les constituants du noyau atomique (protons et neutrons) sont liés par une interaction (force) « forte », 100 fois plus intense que la force électrique qui tend à éloigner les protons chargés positivement. Plus le noyau est « lié », plus il est stable et plus il faut dépenser d’énergie pour séparer ses constituants. Cette énergie dite de liaison correspond à la différence entre la masse du noyau et celle de ses constituants (E=mc2).

    Donc c'est l'interaction forte qui empêche le neutron de se désintégrer !

    Merci de la suggestion.

  5. #4
    mariposa

    Re : Stabilité neutronique

    Citation Envoyé par dragounet Voir le message
    J'ai trouvé:

    La stabilité des noyaux est une affaire d’énergie
    Les constituants du noyau atomique (protons et neutrons) sont liés par une interaction (force) « forte », 100 fois plus intense que la force électrique qui tend à éloigner les protons chargés positivement. Plus le noyau est « lié », plus il est stable et plus il faut dépenser d’énergie pour séparer ses constituants. Cette énergie dite de liaison correspond à la différence entre la masse du noyau et celle de ses constituants (E=mc2).
    Il y a presque les éléments

    Donc c'est l'interaction forte qui empêche le neutron de se désintégrer !

    Merci de la suggestion.
    oui mais c'est pas suffisant.

    Il faut comparer l'énergie totale d'un proton libre et d'un neutron libre avec l'énergie totale d'un proton et d'un neutron lié.

    Soit E° la référence d'énergie pour un proton libre et un neutron libre.

    Comme le neutron est un état excité du proton celui-ci peut se transformer en proton en émettant des particules. Donc l'état à 2 protons est plus bas en énergie que l'état neutron + proton.

    Maintenant si on forme un système lié proton-neutron il y a une énergie de liaison qui abaisse l'énergie du système.

    la question est donc de savoir si l'énergie de liaison proton-neutron est plus grande (en valeur absolue) que la différence d'énergie proton neutron.

    La réponse est oui donc le système proton neutron lié est plus stable que la paire proton-neutron libre.


    a titre d'exercice il serait bon que tu remplaces le raisonnement avec les bonnes valeurs numériques et dessiner 3 niveaux correspondant aux 3 états

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Gwyddon

    Re : Stabilité neutronique

    Bonjour,

    Si je puis me permettre

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    Comme le neutron est un état excité du proton
    Le proton et le neutron sont deux états distincts puisque ils n'ont pas le même contenu en quarks. L'état excité du proton est plutôt à rechercher dans d'autres hadrons (je ne me souviens plus trop de la classification hadronique, trop de bêtes là-dedans).

    Ce que tu aurais pu dire c'est qu'il existe des transitions possibles et qui au sein du neutron respectent la neutralité de couleur de l'état hadronique final. Ceci explique la transition possible neutron proton

    Cordialement,
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  8. #6
    mariposa

    Re : Stabilité neutronique

    Citation Envoyé par Gwyddon Voir le message
    Bonjour,

    Le proton et le neutron sont deux états distincts puisque ils n'ont pas le même contenu en quarks. L'état excité du proton est plutôt à rechercher dans d'autres hadrons (je ne me souviens plus trop de la classification hadronique, trop de bêtes là-dedans).
    Bonjour,

    Je commence par une remarque très académique. Les neutrons et les protons et autres hadrons sont des excitations élémentaires du vide chromodynamique. Cette remarque de principe n'a aucun intérêt pratique.

    Plus pratiquement le proton et le neutron forment en absence d'interaction électromagnétique un sous-espace dégénéré de dimension 2 qui engendre le groupe SU(2) ce qui vaut l'appellation isospin.

    En physique nucléaire l'interaction électromagnétique lève la dégénérescence en un "isospin up" et "isospin down". Ceci est mathématiquement isomorphe à la levée de dégénérescence de 2 niveaux en physique atomique sous l'effet d'un champ magnétique (effet Zeemann).

    Donc le retournement de spin en physique atomique (par émission de photon) est isomorphe au retournement d'isospin en physique nucléaire (par émission électron + antineutrino). ceci donne un fondement indiscutable pour dire que:

    la transition neutron proton est un retournement d'isospin et donc que le neutron est un état excité du proton.


    Plus généralement tous les noyaux atomiques sous-tendent toutes les représentations irréductibles de SU(2) puisque ceux-ci ne sont constitués que de neutrons et de protons.

    A noter que j'ignore totalement la constitution interne du neutron et du proton. Néanmoins la différence entre proton et neutron renvoie à la transformation entre 2 saveurs de quarks up et down qui ont des masses voisines et le raisonnement SU(2) tient encore la route au niveau des quarks

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  10. #7
    Gwyddon

    Re : Stabilité neutronique

    Bonjour,

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    A noter que j'ignore totalement la constitution interne du neutron et du proton. Néanmoins la différence entre proton et neutron renvoie à la transformation entre 2 saveurs de quarks up et down qui ont des masses voisines et le raisonnement SU(2) tient encore la route au niveau des quarks
    Oui mais non. Justement si tu veux être le plus précis, il ne faut pas oublier la constitution interne du neutron et du proton. Donc je maintiens ce que j'ai dit : le neutron n'est pas un état excité du proton au niveau élémentaire (en tant qu'état composite), il suffit de regarder une classification SU(3) de saveur pour s'en rendre compte.

    Ce n'est qu'au niveau d'approximation nucléaire (indépendance de charge) qu'on peut dire une telle chose (c'est l'analyse que tu as donnée), et cela reste une approximation moins fine que l'étude partonique que j'ai donnée.
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  11. #8
    Gwyddon

    Re : Stabilité neutronique

    Re,

    Un état composite qui pourrait être qualifié dans un certain sens d'état excité du proton est le (dans un certain sens seulement, vu que son isospin total est de 3/2...)

    Sinon les états excités "réels" du proton n'ont pas de nom distincts du proton (contrairement à certains autres états hadroniques, comme par exemple le , qui existe en deux versions et )
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  12. #9
    mariposa

    Re : Stabilité neutronique

    Citation Envoyé par Gwyddon Voir le message
    Bonjour,

    Oui mais non. Justement si tu veux être le plus précis, il ne faut pas oublier la constitution interne du neutron et du proton. Donc je maintiens ce que j'ai dit : le neutron n'est pas un état excité du proton au niveau élémentaire (en tant qu'état composite), il suffit de regarder une classification SU(3) de saveur pour s'en rendre compte.
    Je n'ai pas dit le contraire. Le problème est méthologogique.

    Le principe de la TRG est de labéliser les états de l'ensemble de particules selon un groupe pertinent. Par exemple pour la physique atomique le groupe pertinent (celui qui saute à l'oeil) est O(3) donc on labélise les états par S, P, D ...ou encore L=0, 1, 2,3.... Ceci est indépendant du contenu en particules, il y aurait 17 sortes d'électrons que cela ne changerait rien.

    Pour la physique des particules c'est la même chose. Les labels de symétrie sont indépendants du contenu en particules. On essaie un groupe et on vérifie sa cohérence avec l'expérience et mieux sa capacité de prédiction.

    A partir d'un espace de 2 particules (neutron-proton) on ne peut engendrer qu'un groupe de dimension 2. Quand on faut une démonstration propre on trouve l'algèbre de Lie de SU(2). Ceci est vrai indépendamment du contenu en quarks. Et même si un jour on trouve que les quarks sont composés de quelque chose cela restera encore vrai.

    Quand on découvert de nouveaux hadrons on les a d'abord placés dans les multiplets de SU(2) jusqu'au jour ou la découvertes de particules étranges à obliger à trouver une autre classification. c'est SU(3) qui a été retenue parce que c'est le plus simple sur-groupe de SU(2). La classification SU(3) ne remet pas en cause la classification SU(3) elle est même inutile pour la physique des nucléons.
    .
    C'est pourquoi relativement à SU(2) la transition neutron-proton est un retournement d'isospin.

    Ce genre de raisonnement de raisonnement de groupe est très puissant et économique.

    par exemple:

    14N possède l'isospin I=0

    L'état excité I=1 trois dégénéré sont les états 14C, 14N*, 14O

    qui émettent respectivement du beta-, du gamma et du beta+ et ce à la même énergie puisqu'a l'ordre zéro les 3 états d'isospin I=1 sont dégénérés.

    Cet exemple et quantité d'autres montre la puissance classificatoire et explicative de la physique des nucléons fondée sur le concept d'isospin. Encore une fois tout cela est vrai quelque soit le contenu (connu ou pas) des nucléons

  13. #10
    Gwyddon

    Re : Stabilité neutronique

    Bonjour,

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    Je n'ai pas dit le contraire. Le problème est méthologogique.
    Il est plutôt d'ordre communicatif

    Ce que tu n'as pas compris (ou entendu) dans ce que j'ai dit est la chose suivante : la symétrie d'isospin est une symétrie approchée, donc fausse au niveau partonique.

    Cet exemple et quantité d'autres montre la puissance classificatoire et explicative de la physique des nucléons fondée sur le concept d'isospin. Encore une fois tout cela est vrai quelque soit le contenu (connu ou pas) des nucléons
    Justement non si on se penche de façon précise dans la théorie...

    Je n'ai de toute façon pas grand chose à rajouter dans ce que j'ai dit ; ce que tu dis sur le neutron est approximativement vrai, mais faux au niveau partonique. Pas plus, pas moins.

    Cordialement,
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  14. #11
    mariposa

    Re : Stabilité neutronique

    Citation Envoyé par Gwyddon Voir le message
    Bonjour,


    Ce que tu n'as pas compris (ou entendu) dans ce que j'ai dit est la chose suivante : la symétrie d'isospin est une symétrie approchée, donc fausse au niveau partonique.
    Grave erreur. Tous les groupes sont des symétries approchées. L'art des groupes en physique (a ne pas confondre avec les maths) est de trouver le meilleur groupe représentatif de l'éxpérience. Métaphoriquement il s'agit de remarquer que certains rectangles ressemblent a des carrés.

    On aura trouver le groupe "exacte" le jour ou l'on pourra classifier toutes les particules dans les multiplets d'un même groupe. Actuellement on est très loin du compte. C'est pas demain la veille.

  15. #12
    dragounet

    Re : Stabilité neutronique

    Citation Envoyé par Gwyddon Voir le message
    Je n'ai de toute façon pas grand chose à rajouter dans ce que j'ai dit ; ce que tu dis sur le neutron est approximativement vrai, mais faux au niveau partonique. Pas plus, pas moins.

    Cordialement,
    Pardon de m'immiscer dans votre passionnant dialogue, mais je me permets une minuscule question de béotien, tu parle des partons de Feynman ?

    Si oui pourquoi reprendre ce modèle au lieu des quarks ?

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  17. #13
    mariposa

    Re : Stabilité neutronique

    Citation Envoyé par dragounet Voir le message
    Pardon de m'immiscer dans votre passionnant dialogue, mais je me permets une minuscule question de béotien, tu parle des partons de Feynman ?

    Si oui pourquoi reprendre ce modèle au lieu des quarks ?
    Le parton est un concept expérimental découlant d'expériences à très haute énergie alors que le quark est un concept d'origine théorique qui permet d'expliquer le parton et bien d'autres choses: par exemple la masse du neutron ou du proton.

  18. #14
    Gwyddon

    Re : Stabilité neutronique

    Bonjour,

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    Grave erreur
    C'est gentil mais je crois que je connais mon métier

    Si tu essayais de comprendre ce que je dis, pour une fois ?

    Cordialement,
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  19. #15
    mariposa

    Re : Stabilité neutronique

    Citation Envoyé par Gwyddon Voir le message
    Re,

    Un état composite qui pourrait être qualifié dans un certain sens d'état excité du proton est le (dans un certain sens seulement, vu que son isospin total est de 3/2...)

    Sinon les états excités "réels" du proton n'ont pas de nom distincts du proton (contrairement à certains autres états hadroniques, comme par exemple le , qui existe en deux versions et )
    Les 2exemples que tu cites monte bien l'embarras que tu as avec l'idée que si un hadron change de contenu en quarks l'un n'est pas l'état excité de l'autre.

    dans un atome il y a 2 sortes d états de "mouvements" les mouvements orbitaux et les mouvements de spins qui sont caractérisés par des labels de symétrie.. On passe entre les états orbitaux ou entre les états de spins par des transitions électromagnétiques.

    Les hadrons sont composés de particules chargés, on aura donc des transitions électromagnétiques tout a fait équivalentes aux transitions dans l'atome. Tout cela a composition constante en quarks.

    L'exemple des hadrons en général montre qu'il y a des transitions électrofaibles entre états qui se caractérisent notamment par les émissions beta et qui correspond à un changement de la composition en quarks.

    La question: Comment peux-tu concilier l'idée que les transitions électromagnétiques se font entre états excités alors que les transitions électrofaibles (qui sont des transitions électromagnétiques "élargies") ne seraient pas des transitions entre états excités.

    Avec l' exemple précédent 14C et 14N le chimiste nucléaire considère que ce sont 2 espèces différentes alors que le physicien nucléaire considère qu'il s'agit d'une transition électrofaible entre 2 états du même système de N= 14 nucléons.

    implicitement, à ton insu et de plein gré, tu considères que les saveurs de quarks sont des boules alors que ce sont des états quantiques caractérisés par une fonction d'onde de saveurs au même titre qu'il y a une composante orbitale et une composante de spin.

  20. #16
    mariposa

    Re : Stabilité neutronique

    Citation Envoyé par Gwyddon Voir le message
    Bonjour,



    C'est gentil mais je crois que je connais mon métier

    Si tu essayais de comprendre ce que je dis, pour une fois ?

    Cordialement,
    Il me semble avoir pris a la lettre et à l'esprit ce que tu as écris. Peux-tu préciser ce que je ne comprends pas dans tes explications.

  21. #17
    Gwyddon

    Re : Stabilité neutronique

    Bonsoir,

    Je vais commenter et donner des exemples qui permettront de comprendre l'interprétation dans le langage de la physique des particules que je donne.

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    dans un atome il y a 2 sortes d états de "mouvements" les mouvements orbitaux et les mouvements de spins qui sont caractérisés par des labels de symétrie.. On passe entre les états orbitaux ou entre les états de spins par des transitions électromagnétiques.
    Tout à fait d'accord.

    Les hadrons sont composés de particules chargés, on aura donc des transitions électromagnétiques tout a fait équivalentes aux transitions dans l'atome. Tout cela a composition constante en quarks.
    Tout à fait d'accord. Et d'ailleurs tu as écrit "à composition constante".. Ce qui a toute son importance !

    La question: Comment peux-tu concilier l'idée que les transitions électromagnétiques se font entre états excités alors que les transitions électrofaibles (qui sont des transitions électromagnétiques "élargies") ne seraient pas des transitions entre états excités.
    Parce qu'une transition électrofaible établit un changement de saveur, c'est-à-dire carrément de constitution au niveau des champs eux-mêmes tout simplement (on passe via une interaction d'un champ de quark down à un champ de quark up). Une transition électromagnétique ne fait pas changer l'électron (ça reste un électron, excitation élémentaire du champ électronique en langage QED), mais va changer son état spatio-temporel (ie Énergie/Spin), donc sa couche au sein de l'atome.

    Une transition électrofaible, c'est quand même autre chose qu'une simple transition électromagnétique.


    le physicien nucléaire considère qu'il s'agit d'une transition électrofaible entre 2 états du même système de N= 14 nucléons.
    Ce qui, je le répète, est vrai en première approximation (l'approximation nucléaire d'indépendance de charge). Mais ce n'est plus vrai au niveau partonique, donc pour un physicien des particules (ce que je suis ) ce sont deux espèces bien différentes.

    implicitement, à ton insu et de plein gré, tu considères que les saveurs de quarks sont des boules alors que ce sont des états quantiques caractérisés par une fonction d'onde de saveurs au même titre qu'il y a une composante orbitale et une composante de spin.
    Non non je ne les considère absolument pas comme des boules...

    D'ailleurs je te donne un exemple frappant : puisque je peux produire des transitions mettons , considères-tu que le boson de Higgs est un état excité du boson Z ? Pourtant je fais une simple transition électrofaible


    Avant de vous laisser, juste un petit commentaire pour appuyer ce qu'a dit mariposa sur le parton :

    Citation Envoyé par dragounet
    tu parle des partons de Feynman ?

    Si oui pourquoi reprendre ce modèle au lieu des quarks ?
    En physique des particules moderne le mot "parton" désigne à la fois les gluons et les quarks. En effet l'expérience prouve que le contenu en quarks et gluons des hadrons est quelque chose de complexe, et par exemple quand on dit que le proton c'est (uud), c'est en fait un peu faux car à l'échelle d'énergie caractéristique du proton on est en plein dans une soupe quantique : il faut plus se représenter le proton comme une soupe remplie de gluons et de quarks d'où émergent en moyenne trois quarks (dit de valence) u, u, et d ; mais il est très facile d'extraire (notamment) de cette soupe la contribution due aux gluons virtuels.

    Cordialement,
    A quitté FuturaSciences. Merci de ne PAS me contacter par MP.

  22. #18
    Sigmar

    Re : Stabilité neutronique

    D'après mes souvenirs du cours (pourtant pas si vieux) que j'ai suivi cette année sur la symétrie d'isospin SU(2) pour les hadrons, le proton et neutron ont le même isospin total mais pas la même projection d'isospin. Comment dire alors qu'un neutron est un état excité du proton ? Ils sont sur le même plan, puisqu'ils appartiennent au même doublet d'isospin et que dans l'approximation que SU(2) est une symétrie parfaite, ils ont la même masse. A ce stade (historique), on ne peut parler de quarks, ils ne sont même pas connus.

    Pour aller plus loin, la symétrie SU(2) sans suposer l'existence même de quarks et en ne mesurant pas les masses très précisément, ne peut déterminer une différence entre le proton et le neutron si ce n'est la projection de cet isospin... Le proton et le neutron sont alors la "même" particule, et sans indication de charge, la seule chose qui différe est leur projection d'isospin (comme pour 2 électrons dont un a le spin up, l'autre down).

    Avec une symétrie SU(2) parfaite et donc sans prendre en compte la charge électrique, le proton et le neutron seraient stables. Ce qui lève la dégénérescence des niveaux (et qui conduit le neutron à être instable) c'est la brisure fine de SU(2) pour ces deux hadrons, autrement dit :
    1) les deux hadrons n'ont pas la même charge ;
    2) en prenant en compte l'existence des partons, que la masse du quark u et du quark d ne sont pas rigoureusement identiques.

    Ai-je bon ?
    "I have to understand the world, you see." (Richard P. Feynman)

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  24. #19
    humanino

    Re : Stabilité neutronique

    La raison pour laquelle on ne dit pas que le neutron est un etat excite du proton est que l'isospin et l'interaction electromagnetique ne sont pas responsable de ces etats lies. De meme
    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    Les neutrons et les protons et autres hadrons sont des excitations élémentaires du vide chromodynamique. Cette remarque de principe n'a aucun intérêt pratique.
    souligne egalement un probleme profond : ces propos sont vides de sens. Personne ne connait l'etat exact du vide de QCD a l'exterieur des hadrons, et le sujet est toujours debatu. Ce que l'on sait, c'est que ce n'est certainement pas le vide perturbatif valide profondement a l'interieur des hardons. C'est precisement ce qui fait la masse des hadrons, le "masse gap" : a la frontiere entre ces deux vides, on peut concevoir un nuage de pions effectifs qui sont responsable du caractere attractif de l'interaction entre partons au sein des hadrons.

    Je veux juste dire que dans ce que raconte Gwyddon, il n'y pas plus d'embarras que dans ce que tous les gens qui sont familiers avec la physique hadronique racontent. En revanche, il est particulierement confusant de raconter que le neutron est un etat excite du proton. Ce sont deux etats du nucleon, et ce que tout le monde, partout, dans toutes les publications, appelle "etat excite", c'est bien ce a quoi fait reference Gwyddon.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

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