Questions en physiques des particules

[invitee48529b4]

Salut, j'ai seulement 18 ans, ça sonne peut-être étrange, mais je suis vraiment intéressé par la physique des particules. Je voudrais en savoir plus sur les quarks, les bosons, fermions, etc. Je sais que les protons et les neutrons sont faitde quarks, mais les électrons de quoi sont-ils fait? Quelle est la relation entre les gluons et les quarks? Qu'est-ce qu'exactement un boson?
J'ai essayé de comprendre par moi-même, mais c'est difficile de trouver un livre sur le sujet dans mon collège. Si quelqu'un connaît un bon livre répandu, je suis preneur!

Merci!
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[PlaneteF]

Bonsoir,

Salut, j'ai seulement 18 ans, ça sonne peut-être étrange, mais je suis vraiment intéressé par la physique des particules

J'ai déjà vu des choses plus étranges dans ma vie !

mais les électrons de quoi sont-ils fait?

Dans le modèle standard un électron est une particule élémentaire, donc par définition il n'a pas de plus petits constituants.

Quelle est la relation entre les gluons et les quarks?

Les gluons sont des particules dites médiatrices qui "véhiculent" l'interaction forte. La métaphore que l'on donne généralement est celle de particules qui agissent comme de la glu (d'où le nom gluon) permettant de "coller" les quarks entre eux.

Qu'est-ce qu'exactement un boson?

Particules médiatrices qui "véhiculent" l'interaction faible + boson de Higgs qui est une particule théorique (peut-être plus pour longtemps !) qui confère une masse à toutes les autres particules.

J'ai essayé de comprendre par moi-même, mais c'est difficile de trouver un livre sur le sujet dans mon collège

Un site sympa de vulgarisation de toutes ces notions : http://molaire1.perso.sfr.fr/plan.html

[Nicophil]

j'ai seulement 18 ans, ça sonne peut-être étrange, mais c'est difficile de trouver un livre sur le sujet dans mon collège.

Hé béh, tu prends ton temps toi au moins.
T'as bien raison!

[stefjm]

Hé béh, tu prends ton temps toi au moins.
T'as bien raison!

Attention au raisonnement franco-français!
Collège ne désigne pas partout le même établissement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Hermillon73]

Bonjour,

Je complète la réponse précédente :

En toute généralité: les fermions sont des particules (pas forcément élémentaires) de spin demi-entier.
les bosons sont des particules (pas forcément élémentaires) de spin entier.

La notion de boson ne se limite pas à l'interaction électrofaible et au boson de Higgs.

Sinon, ceci:
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosbi...ule/niv1_1.htm

d'un niveau très accessible pourrait vous convenir en introduction.

Cordialement.

[invitee48529b4]

Merci pour toute les réponses, ça va me faire de la bonne lecture!
Juste pour clarifier ma comphréension, c'est fait une liste de quelques termes, est-ce mon classement est exact?

Particule subatomique:
_Proton (2 quark, 2 up, 1 down)
_Neutron (2 quark, 1 up, 2 down)

Particule élémentaire:
_Particule de force, médiatrice (Boson):
-Gluon
-Photon
-Meson: ??

_Particule de matière (Fermion):
-Leptons: Electron, Muon, Neutrino
-Quark: Up, down, etc.

[PlaneteF]

Bonsoir,

La notion de boson ne se limite pas à l'interaction électrofaible et au boson de Higgs.

Oui tout à fait, ... en fait je voulais donner un exemple avec les W+, W- et Z sauf que je ne l'ai pas précisé

[invite9c9b9968]

Bonjour Matthieu,

Tu mélanges plusieurs niveaux conceptuels dans ton classement, je vais essayer de te clarifier les choses

On va aller du plus gros au plus petit, en partant de l'atome. On va ensuite subdiviser en différents niveaux. Mais avant, on va rappeler deux définitions :

_ un fermion est une particule (élémentaire ou non) qui est de spin demi-entier (1/2, 3/2, 5/2, etc)

_ un boson est une particule (élémentaire ou non) qui est de spin entier (0, 1, 2, etc). On parlera de boson scalaire quand le spin est nul (0), de boson vecteur quand il est de spin 1, de boson tensoriel quand il est de spin 2.


Le spin est une caractéristique des particules qui indiquent leur comportement sous l'action de rotation spatio-temporelles, ce qui peut se voir en pratique de plusieurs façons, par exemple leur comportement magnétique, le moment magnétique d'une particule étant liée au spin ; ou encore le comportement collectif quand on a plusieurs particules identiques, les bosons ayant un comportement grégaire alors que les fermions s'excluent mutuellement (on ne peut avoir deux fermions identiques dans le même état quantique, c'est ce qu'on appelle le principe d'exclusion de Pauli).

Maintenant c'est parti

I L'atome

Dans l'atome, on a un noyau et des électrons autour. Dans une vision quantique on ne peut plus à proprement parler de rotation des électrons autour du noyau, car la notion de trajectoire perd de son sens. Les électrons ont une certaine probabilité de présence d'être à tel endroit, cette probabilité étant guidée par la physique de l'atome bien entendu. Les électrons sont des fermions, et ils sont élémentaires (ou en tout cas considérés comme tels jusqu'à présent).
Les noyaux sont de diverses natures, et peuvent être aussi bien bosoniques que fermioniques. Ils ne sont pas élémentaires (mais ça tu t'en doutais )L'interaction entre le noyau et les électrons est l'interaction électromagnétique, véhiculée par un boson de spin 1 : le photon.

II Le noyau atomique

Dans le noyau atomique on rencontre des protons et des neutrons. Ces protons et neutrons sont eux aussi des fermions, mais ils ne sont pas élémentaires.

III Les hadrons

Au niveau des protons et neutrons, et en dehors du noyau, il se trouve que la Nature nous fournit tout un tas de particules, elles aussi non élémentaires. On les a découverte principalement dans les années 50 et 60, et on les a classé en deux grandes catégories :

• les baryons, qui sont des fermions ; le proton et le neutrons en sont les exemples les plus connus, mais il en existe plein d'autres ( par exemple).
• les mésons, qui sont des bosons ; les exemples les plus simples sont les mésons (, , ), ou bien le méson , le , etc.

Ces deux grandes catégories forment la classe générique des hadrons.

IV En dessous des hadrons : les quarks

Les hadrons ne sont pas élémentaires, ils sont donc composés de particules que l'on appelle quarks et qui sont des fermions ; les quarks sont (jusqu'à présent) considérés comme élémentaires. En fait c'est plus compliqué, car la cohésion des hadrons met en jeu ce qu'on appelle l'interaction forte, qui est véhiculée par des bosons de spin 1 (donc des bosons vecteurs) : les gluons (élémentaires). Ces derniers véhiculent l'interaction forte entre les quarks, qui possèdent une charge dite de couleur.

L'image plus juste des hadrons serait alors une mélasse de gluons sur laquelle flottent les quarks dits "de valence" constituant le hadron.


V Et le reste ?

Jusque là, si on résume, pour les particules élémentaires, on a :

_ des bosons : les gluons (ils sont au nombre de 8), et le photon.

_ des fermions : les quarks (ils sont de 6 saveurs, et chacun d'eux existent en trois couleurs différentes), l'électron.

Mais la Nature aime les facéties : elle aurait tout aussi bien pu se contenter de 2 saveurs de quarks (celles composant le neutron et le proton) ainsi que de l'électron, mais elle en a décidé autrement et a décidé de faire deux copie de cette génération. Ce qui nous donne 6 quarks, et 2 autres fermions élémentaires : le muon et le tau.

Enfin l'électron, le muon et le tau sont accompagnés de neutrinos, un pour chaque génération. Ceci nous donne un ensemble de 6 particules que l'on nomme l'ensemble des leptons. Sa caractéristique principale : ne pas ressentir l'interaction forte, qui ne concerne donc que les quarks.

Les leptons ne sont donc sensible qu'à l'interaction électromagnétique et à une dernière interaction responsable de la radioactivité : l'interaction faible, véhiculée par 3 bosons vecteurs (de spin 1) : le boson Z, les bosons et


Voilà pour l'ensemble des particules observées jusqu'à maintenant

Cordialement,

G.

[invitee48529b4]

Wow, merci pour cette super réponse détaillé, ça ma vraiment aidé à comprendre!

J'ai attaqué le site de Planet F, c'est super intéressant.
Pour la décohérence, si j'ai bien compris, exemple: On a une boîte où un objet peut avoir 2 états, A et B et avec un appareil photo on peut prendre des photos. Selon la physique quantique, avant la photo, les deux états coexistent en même temps. Lorsque l'on prend une photo, on crée une décohérence, et c'est A ou B. Mais, dans la vraie vie, les particules qui viennent percuter l'objet crée une série incalculable de décohérences, qui empêche continuellement l'objet d'avoir deux états en le ''rafraîchissant'' perpétuellement.
Donc dans le modèle parfait en physique quantique, pour ''décohérer'' un objet il faudra qu'une particule vienne le frapper, exemple, un photon?

[invite170ca79f]

Bonjour Mathieu,

J'arrive un peu après la bataille mais enfin... Je suis moi aussi complétement novice en physique des particules (et en sciences en général...) mais si je peux te conseiller un livre: "L'Univers des Particules" de Michel Crozon.
C'est très bien vulgarisé et donne déjà un bon aperçu général de cette discipline. Il y bien sûr des notions qu'il faut aller chercher par toi-même après mais c'est un peu le but du jeu aussi!
Bonne lecture