Neutralité électrique de l'atome.

[papy-alain]

Bonjour à tous.

En sciences, il y a peu de place pour le hasard. Dés lors, comment explique-t-on le fait qu'un électron, particule élémentaire, porte une charge électrique négative EXACTEMENT de la même valeur totale positive que la somme des deux quarks up et du quark down qui composent chaque proton ? Autrement dit, comment se fait il qu'un u fasse EXACTEMENT 2/3 et qu'un d fasse EXACTEMENT 1/3. Il pourrait y avoir 1 % ou 0,001 % de différence, mais non, même pas. Y a-t-il une explication quantique à cet état de chose ?
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[invite490b7332]

De ce que j'ai cru comprendre d'une conférence de Wilczek, le collisionneur du CERN n'est pas une "boring machine (une machine ennuyeuse)" car elle ne donne jamais les mêmes résultats pour un même type de collision : 2 quarks et un gluon, 2 anti-quarks et 1 quark, 3 gluons, etc.. Cet hasard est a priori d'origine quantique.
La théorie (basée sur des probabilités quantique) est comparée avec des probabilités issues des mesures de milliers de collisions...

La question est en tout cas interessante, car les valeurs 1/3 et 2/3 sont-elles le résultat de moyenne sur un grand nombre de mesures ou pas ...

[Deedee81]

Salut,

La question est en tout cas interessante, car les valeurs 1/3 et 2/3 sont-elles le résultat de moyenne sur un grand nombre de mesures ou pas ...

Non, elle ne l'est pas. Si tu prends ne fut-ce que deux atomes, il n'y a pas la moindre interaction électrostatique entres-elles (autre que d'éventuelles forces de Van der Waals, évidemment). Les atomes sont vraiment neutre.

La raison des 1/3 et 2/3 existe et est liée aux symétries de couleurs et aux couplages au champ électromagnétique. Ils doivent avoir ces charges +-1/3*e ou 2/3*e.

Par contre, la raison de la quantification de la charge (le 'e' ci-dessus), identique partout, (électron, quarks, etc...). Ca, je crois qu'on n'a pas l'explication.

La seule explication que je connaisse sont dans les théories du type Kaluza-Klein ou théorie des cordes où cette quantification résulte du repliement des dimensions supplémentaires.

Attention, le fait que ce soit la seule explication connue (ou plutôt que je connaisse, ça reste à vérifier) ne veut pas dire que c'est LA bonne explication

[invitefc7d7ed3]

Les théories de grande unifications (qui unifient forces forte, faible et électromagnétique) imposent aussi une quantification de la charge et, encore mieux, explicitement le fait que le proton a exactement la charge opposée de l'électron.

Le problème c'est que pour tester ce genre de théories, ça risque d'être coton puisque dans la plupart des cas, leurs échelles d'énergie typiques sont bien trop elevées.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Les théories de grande unifications (qui unifient forces forte, faible et électromagnétique) imposent aussi une quantification de la charge et, encore mieux, explicitement le fait que le proton a exactement la charge opposée de l'électron.

Tu veux dire que c'est une conséquence de l'unification (du genre on prend SU(5), ou E(8)xE(8) à la Garett-Lisi, ou etc.... et la quantification de la charge est une conséquence) ?

Je ne savais pas, c'est intéressant. Merci,

Concernant les tests, en plus, j'avais lu (mais la référence date un peu, une vingtaine d'année) qu'on avait essayé pleins de groupes et autres astuces, et aucun ne donnait des résultats théoriques vraiment satisfaisant. Mais ça à sans doute évolué (notamment avec la prise en compte de la supersymétrie, je connais assez mal les travaux au-delà du brave SUSY).

[invitefc7d7ed3]

Les charges sont quantifiées dès que le groupe de jauge est non-abélien. Si on inscrit le U(1) électromagnétique dans un groupe plus grand dont on brise la symétrie, ses charges restent quantifiées.

Il me semble qu'il y a peu de groupes qui sont vraiment satisfaisants d'un point de vue théorique : seulement 3 (SU(5), SO(10), et E6) permettent l'annulation des anomalies. (À vérifier, mais je suis presque sûr). Des théories fondées sur d'autres groupes existent, cependant.

[invitefc7d7ed3]

Pour les tests expérimentaux, je sais uniquement que SU(5) a complètement été éliminée. En revanche, j'ai un petit peu travaillé sur un modèle simplifié inspiré de E6 et le LHC continue à chercher des signes de cette théorie, dont des éléments pourraient être observables. Je ne suis pas non plus encore très au fait des problèmes théoriques et du statut actuel des GUTs.

[papy-alain]

Merci pour toutes ces réponses. Je retiens qu'il faut attendre de nouveaux progrès expérimentaux pour avoir une réponse définitive à cette question, mais l'idée de Deedee que ces valeurs précises pourraient résulter d'une certaine manière de la théorie des cordes me séduit. Wait & see....