accélération des électrons ou des protons dans un accélérateur de particules

[invite341ad4ba]

Bonjour,
Je voudrais profiter de ce forum pour poser une question : dans un accélérateur de particules, lorsque les électrons, ou des protons sont soumis à une différence de potentielle, leur accélération est-elle progressive, comme n'importe quel mobile en mécanique relativiste soumis à l'action d'une force, ou ces particules ont elles un comportement différent lié à la mécanique quantique ? Dans l'accélérateur du CERN, les protons circulent à une vitesse proche de celle de la lumière. Sont ils amenés à cette vitesse progressivement ? Est-ce qu'un physicien pourrait me répondre ? Merci d'avance pour la réponse.
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[phys4]

Bonjour,
Je voudrais profiter de ce forum pour poser une question : dans un accélérateur de particules, lorsque les électrons, ou des protons sont soumis à une différence de potentielle, leur accélération est-elle progressive, comme n'importe quel mobile en mécanique relativiste soumis à l'action d'une force, ou ces particules ont elles un comportement différent lié à la mécanique quantique ?

Bonjour,
L'accélération n'est pas infinie, il y a donc toujours une progressivité, bien que les accélérations se trouvent hors des échelles humaines, elle valent des millions de g. Il suffit de quelques secondes pour approcher la vitesse de la lumière. La mécanique quantique n'intervient pas dans le calcul de l'accélération.

Dans l'accélérateur du CERN, les protons circulent à une vitesse proche de celle de la lumière. Sont ils amenés à cette vitesse progressivement ? Est-ce qu'un physicien pourrait me répondre ? Merci d'avance pour la réponse.

Il faut plusieurs tours pour atteindre l'énergie maximale, la réponse est identique à la précédente. Les principes de l'accélérateur du CERN ne sont pas différents des autres accélérateurs si ce n'est par la taille et géométrie spécifique du double anneau.
Au revoir.

[invite341ad4ba]

Merci pour votre réponse. J'en conclu que les électrons, ou les protons, en dehors de l'atome, dans un accélérateur de particules, se comportent comme n'importe quel mobile en mécanique relativiste. Ils peuvent prendre toutes les vitesses intermédiaires entre la vitesse minimale de départ et celle maximale à laquelle on les amène. Et donc aussi tous les niveaux d'énergie cinétique correspondant. C'est bien ça ?

[Deedee81]

Salut,

Oui, dans le sens de propagation au moins, ils se comportent comme des particules libres (ou comme des particules dans une cavité de taille colossale). Et l'énergie n'est donc pas quantifiée.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite341ad4ba]

Merci pour votre réponse, c'est exactement ce que je voulais savoir. Sans vouloir abuser je voudrais en profiter pour poser une seconde question, mais peut-être faut il ouvrir un second fil de discussion ?
Dans tous les cas voici ma question : la masse du proton est de 1.673 10^-27 kg et celle du neutron de 1.675 10^-27 kg. Cependant on a pas pu prendre les protons ou les neutrons un à un et mesurer pour chacun leur masse. Il s'agit forcément d'une moyenne statistique, qui comprend une marge d'erreur.
Dans ce cas, qu'est-ce qui nous dit que tous les protons, ou tous les neutrons, ont la même masse. Il peut très bien y avoir une différence de masse d'un proton à l'autre, si minime soit elle. Et même si l'on dit qu'ils sont tous composé de trois quarks, on ne fait que reculer le problème sans répondre. Toujours au conditionnel, des différences de masse, si légères soient-elles entre particules peut avoir une incidence, notamment sur leur durée de vie.
Quels arguments sont avancés, si il y en a, pour dire qu'ils ont tous la même masse ?

[phys4]

Dans tous les cas voici ma question : la masse du proton est de 1.673 10^-27 kg et celle du neutron de 1.675 10^-27 kg. Cependant on a pas pu prendre les protons ou les neutrons un à un et mesurer pour chacun leur masse. Il s'agit forcément d'une moyenne statistique, qui comprend une marge d'erreur.
Dans ce cas, qu'est-ce qui nous dit que tous les protons, ou tous les neutrons, ont la même masse. Il peut très bien y avoir une différence de masse d'un proton à l'autre, si minime soit elle. Et même si l'on dit qu'ils sont tous composé de trois quarks, on ne fait que reculer le problème sans répondre. Toujours au conditionnel, des différences de masse, si légères soient-elles entre particules peut avoir une incidence, notamment sur leur durée de vie.
Quels arguments sont avancés, si il y en a, pour dire qu'ils ont tous la même masse ?

Excellente question, l'unicité de la matière suppose que tous les atomes qui la compose soient rigoureusement identiques. Dans le cas contraire, nous aurions une infinité d'hydrogènes, d'oxygènes et d'eaux différentes. Or les chimistes ont depuis siècles identifiés des éléments indiscernables. Ceci a impliqué que les atomes soient aussi indiscernables.
L'hypothèse d'une infinité de particules différentes serait contraire aux résultats de la mécanique quantique.

Un fil différent serait sans doute bienvenu, du moins si vous avez des arguments qui en valent la peine.

[invite341ad4ba]

Non pour le moment je n'ai pas beaucoup d'arguments supplémentaires. Par contre je doute qu'une différence très légère de la masse d'une particule à l'autre (entre protons, ou entre neutrons ou encore entre électrons) puissent avoir une incidence quelconque sur les propriétés chimiques des éléments.
Pour faire une analogie, dans la nature aucun grain de sable, sauf hasard, ne ressemble à un autre grain de sable et dans un bâtiment en brique, aucune brique n'est strictement identique à l'autre. Et pourtant les bâtiments en brique sont solides et tiennent debout.
Pour revenir à l'atome, il me semble tout à fait envisageable que les trois brique fondamentales qui composent l'atome aient des masses très, très, très légèrement différentes au sein de la même famille, sans que pour autant l'édifice en soit bouleversé. Cela aurait forcément des conséquence physique, mais peut être plutôt sur la durée de vie des particules.
D'ailleurs qu'en est-il de leur durée de vie ? j'ai lu il y a longtemps que les neutrons n'avaient pas tous la même durée de vie et que l'on ne savait pas l'expliquer. Plus récemment j'ai lu que leur durée de vie serait de 886 secondes dans le vide. Qui est la aussi forcément une valeur statistique moyenne. C'est une discussion que j'aimerai approfondir, mais pour le moment je n'aurai pas beaucoup plus d'arguments.

[phys4]

Pour faire une analogie, dans la nature aucun grain de sable, sauf hasard, ne ressemble à un autre grain de sable et dans un bâtiment en brique, aucune brique n'est strictement identique à l'autre. Et pourtant les bâtiments en brique sont solides et tiennent debout.
Pour revenir à l'atome, il me semble tout à fait envisageable que les trois brique fondamentales qui composent l'atome aient des masses très, très, très légèrement différentes au sein de la même famille, sans que pour autant l'édifice en soit bouleversé. Cela aurait forcément des conséquence physique, mais peut être plutôt sur la durée de vie des particules.

Il y a une grande différence entre les grains de sable et les particules : chaque grain de sable comprend un nombre de molécules différentes. Les fabricants opèrent un tri du sable brut afin de vendre des qualités différentes suivant l'utilisation.

Rien de tel pour les atomes d'un élément, un appareil tel qu'un spectrographe de masse permet une mesure précise des masses? Il permet la séparation et la mesure des isotopes par exemple.

Une différence infime remettrait en cause toute la mécanique quantique : certaines lois comme les échanges d'états n'ont de sens que si les particules sont parfaitement indiscernables.

D'ailleurs qu'en est-il de leur durée de vie ? j'ai lu il y a longtemps que les neutrons n'avaient pas tous la même durée de vie et que l'on ne savait pas l'expliquer. Plus récemment j'ai lu que leur durée de vie serait de 886 secondes dans le vide. Qui est la aussi forcément une valeur statistique moyenne. C'est une discussion que j'aimerai approfondir, mais pour le moment je n'aurai pas beaucoup plus d'arguments.

La radioactivité suit des lois statistiques précises, la durée de vie est liée à une probabilité de décomposition. Que chaque neutron se décompose à un instant différent n'implique aucunement des propriétés différentes.
Je ne peux donner ici une explication qui serait complète, il faut suivre un cours complet sur la radioactivité.

[invite341ad4ba]

Que le spectrographe de masse détecte la différence entre des isotopes rien d'étonnant ; la différence de masse entre deux isotopes est égale à celle d'un ou plusieurs neutrons. Par contre si les particules avaient une masse qui oscille autour de la moyenne statistique, la différence entre particules serait très faible, au maximum à partir du quatrième chiffre après la virgule, et au sein de l'atome les variations en plus et en moins autour de la moyenne s'annuleraient. Alors est-ce que les spectrographes de masse sont assez précis pour détecter une telle différence ?

Maintenant, que l'hypothèse d'une variabilité de la masse des particules autour de leur moyenne statistique contredisent certaines lois de la mécanique quantique, c'est possible. Mais d'une part toute théorie est une vision approchée de la réalité et d'autre part la mécanique quantique est loin d'expliquer tous les phénomènes concernant l'atome et le monde subatomique. Sur bien des points elle ressemble plus à un livre de cuisine qu'à une théorie.

Par exemple, d'après votre réponse sur la décomposition spontanée des neutrons, j'en conclue qu'elle n'a pas d'explications. On invoque le hasard lorsque l'on ne sait pas expliquer les évènements. Bien que mon propos ne soit pas de critiquer la mécanique quantique, je prendrais deux exemples sur lesquels les explications sont loin d'être satisfaisantes.

La matière se comporte tantôt de manière discret et tantôt de façon continue. A l'échelle du monde macroscopique c'est plutôt le caractère continue de la matière qui domine et l'inverse à l'échelle microscopique. Toutefois même à cette échelle les deux aspects sont présents : les entités que sont les électrons, les protons ou les neutrons, suivant les circonstances, c'est-à-dire suivant les conditions dans lesquels ils se trouvent et les relations qu'ils établissent avec ce qui les entourent, se manifestent soit comme une onde (continu), soit comme une particule (discret). La théorie est la pour décrire les lois du passage d'un état à l'autre et en donner l'explication. Or si l'on prend la structure de l'atome et la circulation des électrons autour du noyau, on ne peut pas dire que le modèle fournit par la mécanique quantique soit très clair et cohérent. Il en est de même du passage de l'état discret à celui d'onde.

Mais avec tout ce propos on s'éloigne du point de départ qui est d'examiner si les particules sub nucléaires peuvent voir leur masse varier très faiblement autour de leur moyenne statistique. Il me semble que ce point vaudrait la peine d'être examiné sans préjugé sous tous ses aspects. Je pense que je reviendrai plus tard sur ce point avec des arguments plus étoffés et j'ouvrirais alors un autre fil de discussion.

Dans tous les cas je remercie chaleureusement phy4 et Deedee81 de m'avoir répondu. A plus tard. J'ouvrirai d'autres fils de discussions sur d'autres sujets qui me tiennent à coeur.

[invite60be3959]

Bonjour,

Que le spectrographe de masse détecte la différence entre des isotopes rien d'étonnant ; la différence de masse entre deux isotopes est égale à celle d'un ou plusieurs neutrons. Par contre si les particules avaient une masse qui oscille autour de la moyenne statistique, la différence entre particules serait très faible, au maximum à partir du quatrième chiffre après la virgule, et au sein de l'atome les variations en plus et en moins autour de la moyenne s'annuleraient. Alors est-ce que les spectrographes de masse sont assez précis pour détecter une telle différence ?

Bien sûr! Ne croit surtout pas que personne ne s'est encore posé les questions que tu te poses. C'est l'erreur classique lorsqu'on a un peu trop confiance en soit, et que l'on est mal renseigné ! Les masses de beaucoup de hadrons (famille dont font partis le proton et le neutron) ont été mesurés avec une grande précision(bien souvent de l'ordre de 10^-6 à 10^-9) et aucune déviation, à la précision des mesures près, n'a jamais été détecté depuis que la physique des particules existe. Et ce n'est pas faute d'essayer, tous les jours des centaines d'expérimentateurs font des mesures de très grandes précision afin de détecter la moindre déviation par rapport aux connaissances standart afin de vérifier si l'on ne devrait pas remettre en cause telle ou telle théorie. Pour l'instant, ras, ce qui corrobore parfaitement la notion d'indiscernablilité des particules imposé par la modèle standard de la physique des particules à travers la théorie quantique des champs(que tu connais comme ta pôche certainement!)

. Mais d'une part toute théorie est une vision approchée de la réalité et d'autre part la mécanique quantique est loin d'expliquer tous les phénomènes concernant l'atome et le monde subatomique. Sur bien des points elle ressemble plus à un livre de cuisine qu'à une théorie.

là pareil, renseigne-toi avant de dire de telles inepties. J'imagine que tu as certainement du mal avec le caractère probabiliste de la nature du monde microscopique. Bien souvent quand on ne comprend pas quelque chose, on a le sentiment que c'est faux par pur orgueil ! Mais à tous les coups, on se rend compte qu'on l'on avait pas assez creusé la chose afin de comprendre toutes les subtilités d'une théorie qui nous dépassait(ou qui nous dépassera toujours!)

Par exemple, d'après votre réponse sur la décomposition spontanée des neutrons, j'en conclue qu'elle n'a pas d'explications. On invoque le hasard lorsque l'on ne sait pas expliquer les évènements.

Ce n'est pas le rôle d'une théorie d'expliquer pourquoi la nature a choisie que les neutrons libres soient instables et que les protons non! Le caractère spontanée d'une désintégration est tout à fait cohérent avec le caractère quantique d'une particule ou d'un noyau. Même Einstein s'y est cassé les dents, donc je crois que ça impose la plus grande humilité.

La matière se comporte tantôt de manière discret et tantôt de façon continue. A l'échelle du monde macroscopique c'est plutôt le caractère continue de la matière qui domine et l'inverse à l'échelle microscopique. Toutefois même à cette échelle les deux aspects sont présents : les entités que sont les électrons, les protons ou les neutrons, suivant les circonstances, c'est-à-dire suivant les conditions dans lesquels ils se trouvent et les relations qu'ils établissent avec ce qui les entourent, se manifestent soit comme une onde (continu), soit comme une particule (discret). La théorie est la pour décrire les lois du passage d'un état à l'autre et en donner l'explication. Or si l'on prend la structure de l'atome et la circulation des électrons autour du noyau, on ne peut pas dire que le modèle fournit par la mécanique quantique soit très clair et cohérent. Il en est de même du passage de l'état discret à celui d'onde.

Ceci explique cela. Il faut que tu travailles ta mécanique quantique. Ce que tu appelles "clair et cohérent" c'est "déterministe" et "comportement classique des particules". Plus personne ne pense comme ça depuis 1 siècle, sauf les novices.

[Deedee81]

Salut,

Concernant le caractère aléatoire de la MQ, c'est quelque chose qui a fait couler beaucoup d'encre (Einstein n'étant qu'un des premiers) et en fait couler encore beaucoup (il suffit de voir sur Futura). Les tentatives d'explications font partie de l'interprétation de la mécanique quantique qui se situe à mi-chemin entre expérience, théorie et philosophie. Mais il est totalement faux d'en conclure que la MQ est un livre de recette de cuisine. Ca signifie simplement qu'elle ne se décrit pas facilement en se limitant aux concepts classiques et donc qu'elle parait parfois bien mystérieuse aux novices. Comme l'a si bien dit Vaincent.

[invite341ad4ba]

Je me doute que des chercheurs se sont posés la question et justement cela m'intéresserait d'avoir des références sur ce qui a été fait sur la mesure de la masse des protons et des neutrons. Quant à la mécanique quantique, comme dit Deedee81, son caractère indéterministe
fait couler beaucoup d'encre. Et rejeter l'hypothèse d'une possible variation de la masse des particules autour de leur moyenne statistique parce cela violerait une loi de la mécanique quantique, n'est pas pour moi et sûrement pour bien d'autre une réponse suffisante.

Sinon j'ai bien conscience que toutes les connaissances acquises aujourd'hui sont le résultat d'un travaille acharné de milliers de personnes à travers le monde. Mais aucune théorie n'est définitive.
Bonne journée et merci pour votre temps pris à me répondre.