Bonjour,
j'ai lu quelque part que les particules s'échangeant des photons peuvent aussi s'échanger des bosons Z.
j'aimerais savoir si les quarks qui composent les nucléons s'échangent des photons (à cause de leur charge) et, si c'est le cas, si ils s'échangent aussi des bosons Z.
Merci d'avance pour vos réponses !
Oui, et oui. Les quarks dans les nucléons s'échangent aussi des bosons Z et des photons.
C'est toutefois généralement négligeable car les quarks s'échangent majoritairement des gluons, et l'effet des photons et des Z est à peu près négligeable. Par exemple, lorsque l'on fait des simulations pour calculer théoriquement la masse des hadrons (les objets composés de quarks), on ne prend en compte que les quarks et les gluons (c'est déjà bien assez difficile comme ça !), et cela donne un résultat très convaincant (les traits sont les masses expérimentales, les points sont les résultats des simulations). Si l'échange de photons ou de Z, ou d'ailleurs de W, ce qui existe aussi, était important, cela modifierait ces masses et on ne saurait les reproduire par ces simulations "simples" (qui sont en fait parmi les simulations les plus difficiles et les plus exigeantes en ressources qui soient).
L'interaction des quarks avec le photon ou le boson Z devient importante lorsque l'on considère des interactions à très haute énergie. En effet, l'interaction des quarks via les gluons décroît lorsque l'on augmente l'énergie, ça s'appelle la liberté asymptotique.
C'est d'ailleurs comme ça qu'on a pu vérifier l'existence des quarks : on a fait collisionner des électrons et des protons très énergétiques. Comme l'électron n'interagit pas avec le gluon, le seul moyen d'interaction était via des photons (les Z et les W étaient aussi possibles, mais ils sont trop lourds pour que les collisions de l'époque les fassent intervenir). Ces photons avaient une longueur d'onde nettement plus faible que la taille du proton et pouvaient donc directement interagir avec un quark individuel et on a réussi à observer que les résultats expérimentaux correspondaient bien avec l'image d'un proton composé de petits objets qui peuvent absorber des photons, plutôt qu'avec l'image d'un proton sans structure.
La liberté asymptotique permet aussi de "voir" la production de bosons Z dans les interactions entre les quarks lorsqu'on collisionne deux protons. Il ne s'agit pas ici d'échanger un Z entre deux quarks, mais de produire une anihilation entre un quark et un anti quark (un proton contient trois quarks... mais aussi énormément de paires quark-antiquark, ainsi que des gluons). On voit notamment des Z produits au LHC dans les interactions quark-antiquark qui en sont la preuve.
Merci beaucoup !
ainsi les quarks s'échangent des gluons (attractifs), des photons (attractifs ou répulsifs selon la charge des quarks), des bosons Z et des bosons W.
l'échange de bosons Z a-t-il un rôle attractif ou répulsif ? Sont-ils virtuels ou réels ?
Si vous connaissez la réponse, faites-le moi savoir SVP
L'image d'interaction attractive ou répulsive perd vraiment son sens pour l'interaction faible. La "charge" qui leur est associée (comme la charge électrique associée au photon) est compliquée et n'est pas la même pour les particules "gauchères" et "droitières" (c'est l'hélicité de la particule, un concept un peu étrange dont on peut discuter un peu par la suite si tu veux). De ce fait, un électron donné, qui peut être en superposition gauche-droite peut être dans un état où sa charge n'est même pas bien définie (au même sens qu'une particule avec une impulsion donnée n'a pas de position bien définie). De toute façon l'image "attractive-répulsive" ne fonctionne qu'à basse énergie, où les bosons Z et W n'interviennent pas car ils sont trop lourds.
Les gluons sont attractifs dans les "cas pratiques" connus, justement à cause du fait que la charge associée (la couleur) est elle aussi compliquée : trois quarks qui ont des couleurs différentes subissent une interaction attractive (dans un proton par exemple) et une paire quark-antiquark avec des couleurs opposées est aussi attractive (dans un pion, par exemple). En revanche, si on pouvait mettre en contact deux quarks de même couleur, ils se repousseraient (ce n'est absolument pas réalisable expérimentalement en revanche).
Merci pour ta réponse !
D'après ce que tu as écrit, les bosons W et Z n'interviennent que dans les hautes énergies, ce qui m'ammène à une autre question :
les quarks s'échangent-ils en permanence des W et Z (quels que soit le hadron formé et son énergie) ou uniquement dans des cas précis (ex : hautes énergies) ?
Pourrais-tu aussi m'expliquer ce qu'est l'hélicité car cela m'intéresse...
Merci beaucoup !
Salut,
Pour aller plus loin que Flyingdeutchmann, en fait à très haute énergie, tu as sans doute entendu que les forces électromagnétiques et faibles sont unifiées en une seule théorie "électrofaible". Ce qu'on voit à ce moment, c'est qu'il devient difficile dans certaines régions d'énergie de distinguer un Z d'un gamma. On a une indétermination de la nature. On dit qu'on a production de gamma*/Z*, l'étoile voulant dire "virtuel", en gros on observe des choses qui ressemblent à des photons mais avec une masse (virtuelle) ou des Z mais pas encore avec une masse assez élevée. La différence entre l'un et l'autre c'est la masse! Le Z et le gamma sont donc très similaires et unifiés dans une théorie, donc normal que là où tu trouves du photon, le Z soit pas loin (grossièrement).
Pour ce qui est de l'hélicité : c'est la projection du spin sur l'impulsion .... à part ça, sans tableau c'est pas facile à expliquer!
Merci
Si je te comprend bien, il n'y a d'échange de bosons Z entre les quarks qu'à haute énergie, où il est d'ailleurs difficile de les distinguer des photons.
Sais-tu aussi si il existe des particules (que l'on trouve dans les atomes) qui s'en échangent quelque soit leur énergie ?
Merci pour tes précisions
PS : je vais essayer d'en savoir plus sur l'hélicité
Bonsoir,
les Z et W sont lourds alors il faut une certaine énergie pour les produire.
Mais en fait, je voudrais savoir pourquoi tu poses cette question? Ca aiderait à te répondre. Je comprends pas à quoi tu veux en venir et ce que tu cherches à comprendre.
++
Bonjour
En fait j'essaie de savoir si la force faible joue un rôle à l'intérieur de tous les atomes (et pas seulement les atomes radioactifs), et, si oui, comment elle agit et entre quelles particules. J'espère que ça t'aidera à trouver plus facilement une réponse à ma question.
Alexbo
Et bien la réponse est oui, comme l'interaction électromagnétique, et l'interaction forte. Si l'interaction faible t'intéresse, cherche sur les matrices de mélanges de quarks et les oscillations de neutrinos, tu comprendras peut être mieux. Après, essayer de comprendre les choses dans le détail sans étudier la physique c'est peut être pas l'idéal. Ce que je te conseillerais, c'est de prendre des cours et petit à petit tu étudieras tout ca et tu le comprendras.
D'accord merci du conseil !
