D'un problème de radioactivité à la physique des particules

[Show-Shury]

Bonjour,
je suis en première S et passionné d'astronomie. Pendant un cours sur la radioactivité de la semaine dernière, j'ai remarqué que le neutron est plus lourd que le proton car lors d'une radioactivité Beta -, dans le noyau un neutron se transforme en proton et émet également un électron et un anti-neutrino. La masse de l'électron doit provenir alors du neutron tout comme celle du proton. J'ai donc essayé avec les chiffres en enlevant à la masse du neutron, la masse du proton et électron mais je n'arrivais pas à zéro.
Mn-(Mp+Me-) = 1.4x10-30kg
J'aimerais bien savoir si seul la perte d'énergie de masse permet de combler cette différence ou il y a d'autre facteur?

Étant donné que le neutron est électriquement neutre et qu'il est plus abondant dans l'univers que le proton (d'après mes recherches...) est-il possible que tous les protons proviennent de neutrons grâce à la radioactivité Beta - et que juste après le Big Bang, lors de la "création de la matière" il y eu une période où il n'existait que des neutrons et pas de proton?

Après avoir approfondi un peu plus sur le sujet (merci internet!), j'ai appris que le neutron est constitué de 2 quarks down (d) et d'un quark up (u) et l'inverse pour le proton (uup). Ainsi lors de la transformation du neutron en proton, un seul quark est en jeu: un down devient up.
Sait-on comment et pourquoi un quark peut-il changer ainsi spontanément?

Suite à cette réflexion j'ai relevé encore un autre problème. Avec les informations décrites plus haut nous pouvons faire un raisonnement que je demande à confirmer . Le quark down serait le seul à l'origine de la radioactivité Beta - en se convertissant en un quark up, un électron, un anti-neutrino et autre peut-être.
Mais comment pouvons-nous créer 3 particules élémentaires (up + électron + anti-neutrino) avec seulement une particule élémentaire (down) ?
Serait-ce une preuve qu'il existe une structure encore plus petite que celle des particules que l'on appelle "élémentaire" ?

Voila je crois avoir posé mes questions dont je n'ai pas trouvé réponses dans des articles sur internet. Je m'excuse d'en avoir posé autant mais on me dit souvent que dans la recherche une réponse à un problème est souvent accompagnée de dix autres problèmes.
Merci d'avance de vos réponses même si elles sont partielles et j'espère que mon manque de connaissances ne m'a pas fait posé de questions idiotes !
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[leo11]

Oriente tes recherches vers l'interaction faible (une des 4 grandes interactions qui régissent notre Univers).
Tu devrais trouver toutes les réponses aux questions que tu te poses .
Par contre, les réponses à ces questions impliquent une compréhension minimale des différentes particules élémentaires, donc voici un lien au cas où tu n'aurais jamais vu ça :
http://www.futura-sciences.com/fr/do...176/c3/221/p1/

[Show-Shury]

Je te remercie de ta réponse leo11 ! J'avoue que pendant tout le long de ma lecture de ce dossier je me suis demandé comment il pourrait m'aider jusqu'à ce que je tombe sur ce petit paragraphe qui a cassé tout mes délires :
"Les W ont une charge électrique non nulle, ce qui signifie que lors de l'échange d'un W, les fermions changent de charge électrique, ils changent donc aussi de saveur (on appelle la « saveur » d'un fermion sa nature : électron, neutrino, quark u, quark d, etc...). Ainsi, la radioactivité beta d'un neutron est expliquée par l'émission d'un W- par un quark d du neutron, qui change donc alors de saveur et devient un quark u, puis le W- se matérialise en un électron et un antineutrino électronique."
Merci encore de m'avoir indiqué le "droit chemin" mais la question est maintenant d'où vient ces bosons W, étaient-ils présent dès le début de l'univers?
Par contre je n'ai toujours pas trouvé réponse sur l'hypothèse qu'il y eu peut être une période où il n'existait que des neutrons et pas de proton...

[Deedee81]

Bonjour,

mais la question est maintenant d'où vient ces bosons W, étaient-ils présent dès le début de l'univers?

A ce qu'on en sait, oui. Mais il y a tout de même des limites à nos connaissances :
- On ne sait pas comment cela s'est passé au tout début de l'univers (grosso modo la première fraction de seconde). Autant parce que on n'a aucune observation, que parce que on n'a pas de théorie validée (on en a plein, on ne sait pas lesquelles sont bonnes)
- Le Modèle Standard de la physique des particules organise les particules de manière fort structurée, avec de belles symétries. Mais on ignore encore pourquoi ces symétries là et pas d'autres.

Par contre je n'ai toujours pas trouvé réponse sur l'hypothèse qu'il y eu peut être une période où il n'existait que des neutrons et pas de proton...

Lorsque l'univers a été suffisamment refroidi (après une fraction de seconde, on est encore dans le milliard de degrés), les quarks se sont assemblés en nucléons. Les neutrons se sont formés en même temps que les protons et en même quantité. C'est du moins ce que montre la théorie ainsi que les expériences en accélérateur.

Puis, pendant environ trois minutes, les neutrons ont commencé à se désintégrer. Puis après trois minutes, l'univers s'était encore refroidi et les neutrons se sont liés aux protons (formant surtout de l'hélium, et un peu de deutérium, de lithium,...) Donnant les proportions observées actuellement dans les vieux nuages intergalactiques peu affectés par la création d'étoiles : à peu près un quart d'hélium et trois quart d'hydrogène en masse, soit un neutron pour sept protons (les autres neutrons avaient eut le temps de se désintégrer). Ce processus de nucléosynthèse primordiale est en excellent accord avec l'observation de l'abondance des éléments légers.

Donc, non, il n'y a pas eut de période avec uniquement des neutrons.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Show-Shury]

Merci beaucoup de vos réponses, je pense que je n'ai plus de question à ce sujet. (du moins pour le moment )