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La durée de vie d'une particule est-elle calculable à partir de ses caractéristiques ?



  1. #1
    lvdl

    La durée de vie d'une particule est-elle calculable à partir de ses caractéristiques ?


    ------

    La question posée est (pas assez de place dans l'Intitulé) :
    "Dans un contexte d'environnement donné, la durée de vie d'une particule est-elle calculable à partir de ses caractéristiques physique ?".

    Je pose cette question car en recherchant sur ce forum un intitulé "durée de vie d'une particule", je n'ai trouvé qu'une question posée par Diogon et se rapprochant de la mienne ( ici => http://forums.futura-sciences.com/tp...particule.html ), mais elle est restée sans réponse ! depuis 2008 ?

    Dans la question de Diogon, il rapportait, je le cite :
    "....Seulement j'ai eu beau chercher, la seul information que j'aie pu trouver c'est qu'elle était inversement proportionnelle à sa masse exposant cinq... il n'y a aucune autre information que j'ai pu trouver..."

    C'est vrai que cela est un peu "léger". Par exemple, alors que neutron et proton ont quasiment la même masse, il n'en va pas de même pour les durées de vie respectives, soit 900 secondes pour le neutron et ....une valeur calculée très au-delà de l'age de l'univers pour le proton, puisqu'un premier "calcul" de sa durée de vie pour 10^32 années a été mis en défaut (lors d'un expérience tentant à choper la désintégration d'un proton à partir d'une concentration suffisante d'atomes de fer dans un lieu protégé), ce qui a impliqué une révision à la hausse de cette durée de vie, donc à l'ajustement des équations en vue d'obtenire un résultat allant dans le même sens.

    Tout ça pour dire, que la connaissance de la valeur de la masse d'une particule ne semble pas suffisante pour "calculer" sa durée de vie.
    Alors, doit-on se rappeler que toute valeur physique est connue avec une certaine incertitude ? Avec les fameuses relation d'incertitude d'Heinsenberg, comme: Pièce jointe 187231 ou bien Pièce jointe 187232 ?

    A partir de là, si le Delta(E) d'une particule, c'est à dire, la valeur de sa masse, est extrêmement "pincée", alors son Delta(t) est forcément d'autant plus grand...
    Ce qui, dans la comparaison des durées de vie proton/neutron, conduirait à penser que la valeur de la masse du neutron est "étalée" (en le constatant par un nombre de mesures suffisant permettant de faire apparaître cet étalement), alors que celle du proton serait extrêmement "pincée" (idem que pour le neutron, obtnenu par un nombre de mesures suffisant, sauf que le proton "refuse" de mourir sous nos yeux et que donc le pincement est infini, un dirac en fait).

    Alors, est-ce bien comme cela qu'il faut envisager le calcul de la durée de vie d'une particule ?

    C'est la question que je me pose, et si certains pouvaient y répondre cela serait parfait.

    Mais pour gagner du temps (donc augmenter ma vitesse), j'envisage, suivant la réponse obtenue, quelle nouvelle question se poserait ?

    [1] Si il en était ainsi, alors,
    puisque les durées de vie sont "calculables" à partir de la masse, je reformulerai ma question:
    "Les masses affichée de chaque particule, sont-elles d'abord "mesurées", pour être ensuite injectées dans les équations ?". Si telle est le cas, il faudrait alors les considérer comme des constantes physiques à mesurer dans des conditions dites "Normales"... mais cela m'étonnerait ? puisque qu'il me semble qu'il n'existe que 4 constantes physiques ? (comme les 4 dimensions x,y,z,t d'ailleurs!)

    OU BIEN,

    [2] S'il n'en n'était pas ainsi, alors,
    Existe-t-il un modèle mathématique à partir duquel on obtient par le calcul la masse de la première (ou des premières) particule(s), formant par ensuite l'ensemble de l'univers ?" Si oui, on peut vérifier ensuite que cela colle avec l'existant, par exemple en effectuant le calcul de la "forme" de la masse du neutron, et donc de sa durée de vie "statistique". La physiqeu n'a qu'un but: Dans un premier temps, obtenir par le calcul un résultat de mesure (valeur et variatons), puis, dans un deuxième temps, effectuer maintes et maintes fois la "mesure", en vue de vérifier que les "formules" sont OK.
    Cela sous-entendrait donc que la masse de cette première (ou de ces premières) particule(s) ne dépendrait que de nos 4 constantes universelles (h,c,k et G). Or, le seul instant où Tout ne dépendait que de ces 4 constantes est, bien sûr, l'instant 0+ de la création, instant où la densité d'énergie calculée était égale à ~109 fois l'énergie totale "supposée" de l'univers (ben oui, elle n'est que "supposée" la Matière Noire, mais bon!) dans un Volume de Planck (10-34 m3) ). Ca serait pas le "supposé" (encore!) boson de Higgs, ce machin ? Le pas vers la gravité quantique ?

    En fait, j'entrevois que si la réponse [1] "marche", c'est bien "qu'on en est là" en physique :
    ( A injecter des mesures dans les équations sans considèrer ces mesures comme des constantes universelles. Par exemple, vous a-t-on filé un bouquin de physique qui vous expose le calcul de la masse d'une particule autrement, bien sûr, que par la mise en oeuvre d'une expérience imaginée ? Moi pas ! Alors je suis preneur )

    Mais que face à cet humble constat, on est à la recherche de la réponse [2].

    J'aurais peut-être dû directement formuler ma question ainsi: "La masse et la forme du boson de Higgs ne dépend-elle que de h,c,k et G ? " (et de la densité d'énergie présente bien sûr, puisque c'est toujours vrai!)

    Je m'arrête là. Manifestement, toutes les réponses seront les bienvenues.

    Merci à Tous.

    -----

  2. #2
    invite07941352

    Re : La durée de vie d'une particule est-elle calculable à partir de ses caractéristiques ?

    bonjour,
    Et cette discussion très récente ne vous aide pas ?
    http://forums.futura-sciences.com/ph...le-stable.html

  3. #3
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : La durée de vie d'une particule est-elle calculable à partir de ses caractéristiques ?

    Repost : une particule c'est en fait un certain nombre de quantités qui sont conservées lors des interaction ce qui recouvre une notion plus générale et très profonde : la notion de symétrie. La symétrie c'est "ce qui ne change pas quand tout le reste change". C'est la fraction immuable de la réalité physique, ce qui se conserve dans une transformation. Il s'agit de symétries abstraites entre des groupes de nombre quantiques représentant l'identité de la particule, et espère t'on son identité absolue (au sens où elle serait complètement décrite de la sorte). Cette symétrie ne s'exprime pas dans un espace usuel, mais la forme mathématique utilisée peut très bien trouver sa traduction dans un espace géométrique à plusieurs dimensions. La rigueur est la même, et plus intéressant, l'intuition est la même, au sens où personne ne prétendra qu'il faut cloisonner les mathématiques selon qu'elle s'appliquent à l'espace usuel, ou à l'espace interne des particules (que Lachieze Rey baptise, je trouve avec bonheur, l'Internat).

    Donc, ce qu'on appelle une particule se conçoit mieux sous la forme d'une collection de nombres quantiques qui, ensemble, lui donnent son identité : spin, charge électrique, charge de "couleur" au sens de l'interaction forte, "saveur" au sens de l'interaction faible, nombre baryonique, nombre leptonique, etc.

    Le sens de ça, c'est que Dame Nature ne se préoccupe pas de l'individualité des particules : elles peuvent apparaître et disparaître à loisir, par contre la Nature est intransigeante sur la conservation de la somme de tous ces nombres. Si j'ai une particule de nombre quantique a et une autre de nombre -a, la somme sur ce nombre sera nulle : autrement dit, le seul ensemble de particules possible partant d'un ensemble de réactions quelconque engendrant un nombre quelconque de particules à partir des a et -a de départ sera celui dont la somme des 'a' portés par chaque particules sera a - a = 0.

    S'ajoute à cela que la Nature, en tendance lourde, est encline à produire plusieurs particules légères en partant d'une particule de départ massive ; c'est une autre façon d'exprimer le Second Principe de thermodynamique, l'entropie étant proportionnelle au nombre de particules du système. La tendance lourde de l'univers est donc de fabriquer des particules légères, à la limite de masse nulle, comme le photon.

    Mais pour qu'une particule massive donne plusieurs particules légères, il faut coupler leurs champs quantiques respectifs. Coupler deux champs, c'est leur permettre de se transmettre de l'énergie. Le champ qui se désexcite perd son énergie, et le nombre de particules de ce champ diminue. Le champ qui reçoit de l'énergie va lui se mettre à cracher des particules. Une désintégration c'est ça : un champ qui se désexcite au profit d'un autre. Ce transfert d'énergie d'un champ à l'autre est plus ou moins aisé, et une constante intervient dans la transformation, une constante de couplage. Plus la constante de couplage est fort, plus le transit d'énergie sera aisé.

    En plus de la constante de couplage, il faut prendre en compte qu'il existe possiblement plusieurs modes de désintégrations qui conservent l'énergie et la charge. La Nature a le choix, elle les utilisent tous.

    Chaque mode de désintégration (avec les constante de couplage idoine) représente comme un trou dans une passoire et la constante de couplage la taille de chaque trou. Plus il y a de trous, et plus ceci sont gros, plus l'eau s'écoule vite, plus l'énergie quitte le champs rapidement pour se communiquer à d'autre dans notre analogie, et plus la durée de vie de la particule diminue.

    a+
    Dernière modification par Gilgamesh ; 02/07/2012 à 12h46.
    Parcours Etranges

  4. #4
    invite54165721

    Re : La durée de vie d'une particule est-elle calculable à partir de ses caractéristiques ?

    Bel exposé.

    Pour répondre à la question de lvdl on serait tenté d'ajouter aux caractéristiques des particules leur énergie.
    Elle correspond à une symétrie externe, la translation dans le temps.
    Ceci dit celle ci n'a pas (semble t il) un caractère discret et meme au repos peut présenter une incertitude sur sa valeur.
    Cette incertitude mene à un caractère probabiliste. Ne retrouve t on pas ce caractère avec des valeurs internes (oscillation des neutrinos?)

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    lvdl

    Re : La durée de vie d'une particule est-elle calculable à partir de ses caractéristiques ?

    Merci pour vos réponses.
    J'avais fait un post assez long pour aller plus loin, mais je viens de le perdre en cliquant sur les 2 pièces jointes de mon précédent Post qui ne sont pas passées ! page précédente n'a pas "marché". Pour info, c'était simplement les relations d'INcertitude d'Heisenberg (Delta(p)/Delta(x) > h_barre/2 et le pendant Energie-Temps Delta(E)*Delta(t) > h_barre/2.
    POur Catmandou, je précise que justement j'ai fait un post sur la discussion que tu référence, vers celle-ci.

    Merci Gilgamesh pour ta réponse. Je suis au courant de la ré-interprétation "moderne" des 'lois' de conservation de l'Energie comme critères de "Symétrie" voire Super-Symétrie associées aux inviances (c,p,t) dans la formulation modernes des lois physiques.
    D'ailleurs, n'est-ce pas dans l'actualité, avec le boson de Higgs imaginé dès 1964 pour expliquer la Masses obligés des bosons W et Z dans la théorie électro-faible, théorie elle-même imaginée aussi pour obtenir un modèle expliquant la violation de symétrie lors des désintégrations Bétâ. Autrement dit, les implications "Violation de symétrie Désintégration bétâ" => "théorie électro-faible avec ses bosons massifs" => "Champ+Boson de Higgs", massif lui aussi, sont -elles correctes ?
    J'ai un petit doute à propos du 2ième principe de la thermo. Tu nous dis:
    "...c'est une autre façon d'exprimer le Second Principe de thermodynamique, l'entropie étant proportionnelle au nombre de particules du système..."
    J'ai appris que l'entropie était une mesure d'un nombre d'ETats possibles d'un système (Etats d'Energie) mais pas d'un nombre de particules (S=k*log(W), W état le nombre d'ETats dit "microscopiques" possibles). L'évaluation de ce nombre d'ETats d'Energie possibles se faisant différemment suivant que l'on considère des Fermions (via la statistique de Fermi-Dirac qui dit en "gros": pas de partage d'Espace ET Chacun dans un état différent, spin demi-entier) ou bien, des Bosons (via la statistique de Bose-Einstein qui dit en "gros", l'inverse: partage d'Espace on contrignant ET tous dans le même état si possible, spin entier).

    C'est vrai que la masse s'évalue comme une Energie divisée par c au carré. Mais qu'est-ce qu'un boson Massif ?
    S'il est boson et massif, alors est-ce une Masse qui partage l'Espace avec tous ses congénères ?
    Se déplace-t-il à la vitesse 'c' ? sinon, à quelle vitesse ?

    Je tortille le "machin" car, Higgs dérivant quelque part de W & Z, bosons massifs eux aussi, la question posée est la même.

    Je sais par exemple que l'effet de supra-conductivité s'explique par l'association de 2 électrons, donc 2 Fermions avec leur masse respectives, ayant décidés de se marier en opposant leur spin demi-entier pour former une particule de charge 2e de spin entier qui se comporte alors comme un Boson. Cela explique bien alors l'absence de résitance caractéristique d'un métal en supra-conductivité (pas de problème de place, tout le monde essaie de faire "pareil"...). Je comprends même qu'avec le froid plutôt glacial qu'il faut provoquer pour obtenir cette association, les 2 électrons décident de s'accocier, comme pour récupérer de l'Energie (de déplacement ici) qu'on essaie de leur prendre. (il fait trop froid, bientôt je vais décédé, alors je sors le grand jeu de l'association de Spin, et hop je deviens boson pour pouvoir me déplacer sans contrainte dans le cristal du métal).
    Donc, ces 2 électrons associés peuvent-ils être considérés comme l'équivalent d'un Boson Massif ? et encore une fois, à quelle vitesse dans le cristal du métal se déplace une telle association ? (en rapellant que la vitesse "Globale" pour quelques Ampères en conductivité "Normale" se mesure en mm/s )

    Merci pour vos réponses.

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