Localisation de certaines particules

[Mitsha]

Bonsoir!

Je me pose des questions quant à la localisation de certaines particules de l'Univers, comme l'indique le titre.

Je sais que les quarks sont présents dans les nucléons, les électrons "gravitent" autour du noyau, et les atomes formés par ces dernières particules constituent la matière environnante.
Je sais aussi que les gluons sont les vecteurs de la force nucléaire forte, ils (excusez-moi du mot que ja vais utiliser je ne connais pas la notion exacte) "collent" les quarks entre eux.
Il y a également le photon bien sûr, donc celui-ci aucun problème si vous pouvez lire mon message c'est qu'il en y a encore

Seulement, il y a d'autres particules telles que le muon, le tau, le neutrino. Mais où se trouvent-elles donc dans notre univers? A part bien sûr dans les accélérateurs de particules? Car les atomes constituent le principal de ce qui nous entoure, donc à quoi "servent" les autres particules?

Merci d'avance!!
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[bobdémaths]

Bonjour,

Il faut distinguer deux types de particules : celles qui sont stables et celles qui ne le sont pas. Dans les stables, on peut citer
- L'électron
- Le proton, et plus généralement les noyaux atomiques stables, qui sont composés de quarks et de gluons.
- Les neutrinos
- Le photon
Toutes ces "particules" (le proton n'étant pas élémentaire, mais on ne peut pas observer de quark ou de gluon isolé) se trouvent couramment dans la nature. Elles forment les atomes et donc la matière (noyaux + électrons) et le rayonnement électromagnétique (photon). Les neutrinos sont également omniprésents, mais comme ils interagissent peu, on ne les détecte pas facilement. Mais nous baignons littéralement dans des neutrinos (chaque cm² de notre peau est traversée à chaque seconde par plusieurs milliards de neutrinos).

Les autres particules sont instables :
- muon et tau
- quarks s, c, b, t
- bosons W et Z
- boson de Higgs
Donc étant instables, ces particules ne peuvent exister qu'une fraction de seconde, ce qui fait qu'elles ne sont pas présentes dans la nature, si ce n'est de manière très brève suite à des collisions d'autres particules, exactement comme dans les accélérateurs.

Cependant, les champs associés ont une utilité et des conséquences observables. Par exemple, les bosons W et Z sont les médiateurs de l'interaction faible, et sont donc responsables de la radioactivité beta, ou de l'instabilité du neutron par exemple.

[Mitsha]

D'accord, merci, j'ai compris! On ne les trouve pas car elles sont trop instables (c'est-à-dire qu'elles peuvent se désintégrer, c'est ça?)
Mais ont-elles été présentes à un certain moment dans l'histoire de l'Univers? Enfin est-ce qu'elles ont été stables à un moment? Ou alors elles restent stables/instables tout le temps?
Et pourquoi sont-elles instables en fait?

Merci!

[bobdémaths]

D'accord, merci, j'ai compris! On ne les trouve pas car elles sont trop instables (c'est-à-dire qu'elles peuvent se désintégrer, c'est ça?)

Oui, instable signifie qu'elles se désintègrent en un temps très court (une fraction de seconde). Le neutron lui-même est instable s'il n'est pas lié à des protons dans un noyau atomique. Il se désintègre en environ 15 minutes.

Mais ont-elles été présentes à un certain moment dans l'histoire de l'Univers? Enfin est-ce qu'elles ont été stables à un moment? Ou alors elles restent stables/instables tout le temps?

Non, elles n'ont jamais été stables (on suppose que les lois de la physique n'ont pas varié dans le temps - on exclut bien sûr l'époque du big bang).

Et pourquoi sont-elles instables en fait?

Ça c'est une question plus difficile. Disons que s'il existe une moyen pour une particule de se désintégrer en des particules plus légères, tout en respectant les lois fondamentales (conservation de la charge électrique, et d'autres types de charges), alors elle le fera. Par exemple, le neutron est un peu plus lourd que la somme (proton + électron + neutrino), et cela respecte toutes les lois. Donc le neutron va se désintégrer. De même, le muon se désintègre en électron et neutrinos.
En revanche, il n'y a pas de particule plus légère que l'électron qui puisse être le produit de sa désintégration, et donc l'électron est stable.

[A voir en vidéo sur Futura]