La radioactivité β

[invitead54dbd6]

Bonjour,

J'ai appris que la radioactivité β (+ ou -) était le résultat d'un changement de saveur d'un quark, c'est-à-dire qu'un quark up d'un proton devient un quark down et le proton devient donc un neutron (et inversement pour le passage de neutron à proton), ceci libère un boson W+ (ou -) qui se transforme en un neutrino et un positon (ou electron).
Mais comment se fait-il que le changement de saveur d'un quark émette un boson et mieux encore, pourquoi se boson se transforme-t-il en un position/electron et un neutrino ?
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[invitecaafce96]

Bonsoir,

Pour moi, c'est tout simplement parce que que les bosons W+ et W- sont instables :

http://www.laradioactivite.com/fr/si...tivitebeta.htm

[albanxiii]

Bonjour,

Il suffit de regarder le diagramme de Feynman correspondant, pour la désintégration par exemple :

Feynman_beta_decay.png

ou bien si on veut du quark

Feynman_beta_decay_2.jpg

@+

[blisax]

Enfaite le boson W ne se désintègre par forcément en couple positron/électron et neutrino électronique, il peux par exemple se désintégrer en Muon/ Antimuon et neutrino muonique ou encore en tau/antitau et neutrino tauique avec des probabilités qui varient, c'est ce qu'on appelle le rapport de branchement. Ce qui compte c'est la conservation de l'isospin faible, l'isospin faible est, en deux mots, le degré de susceptibilité d'une particule a l’interaction faible. Le boson W+ par exemple a un isospin faible de 1 et le boson W- un isospin faible de -1. Comme je le disait ce qui compte c'est la conservation de l'isospin faible, donc pour la désintégration B- on a par exemple:

u+d+d → u+u+d+W-→ u+d+d+e-+antineutrino électronique
½-½-½→ ½+½-½-1 →½-½-½-½+½
-½ → -½ → -½

Voila

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite57f37970]

Enfaite le boson W ne se désintègre par forcément en couple positron/électron et neutrino électronique, il peux par exemple se désintégrer en Muon/ Antimuon et neutrino muonique ou encore en tau/antitau et neutrino tauique avec des probabilités qui varient, c'est ce qu'on appelle le rapport de branchement. Ce qui compte c'est la conservation de l'isospin faible, l'isospin faible est, en deux mots, le degré de susceptibilité d'une particule a l’interaction faible. Le boson W+ par exemple a un isospin faible de 1 et le boson W- un isospin faible de -1. Comme je le disait ce qui compte c'est la conservation de l'isospin faible, donc pour la désintégration B- on a par exemple:

u+d+d → u+u+d+W-→ u+d+d+e-+antineutrino électronique
½-½-½→ ½+½-½-1 →½-½-½-½+½
-½ → -½ → -½

Voila

Tout à fait, le W peut même se désintégrer en paire quark-antiquark avec les bons isospins, par exemple un quark charme et un anti-quark étrange. Les canaux de désintégration "W+ decay modes" sont indiqués à la page 5 de http://pdg.lbl.gov/2013/listings/rpp...st-w-boson.pdf avec leurs probabilités relatives.

Cependant dans tous les cas il faut s'assurer de la conservation de l'énergie entre l'état initial et l'état final, vu par exemple qu'une particule tau ou antitau à elle seule dans l'état final emporte au moins 1,7 Gev d'énergie rien que du fait de sa masse.

[invitead54dbd6]

Merci pour vos réponses et pour vos informations, en effet je comprends mieux maintenant, je n'avais tout simplement pas pensé au fait de la conservation de l'énergie ! Merci !

[invite57f37970]

u+d+d → u+u+d+W-→ u+d+d+e-+antineutrino électronique
½-½-½→ ½+½-½-1 →½-½-½-½+½
-½ → -½ → -½

Je crois qu'il y a une coquille à laquelle je n'avais pas fait attention jusqu'ici : la dernière étape correcte c'est → u+u+d+e-+antineutrino électronique correspondant à des isospins
1/2 + 1/2 - 1/2 - 1/2 - 1/2 = -1/2 .
En effet il faut que le nucléon ait changé de nature entre l'état initial udd et l'état final uud !

[invite57f37970]

Merci pour vos réponses et pour vos informations, en effet je comprends mieux maintenant, je n'avais tout simplement pas pensé au fait de la conservation de l'énergie ! Merci !

Pour être plus précis à propos de la conservation de l'énergie : un neutron libre est très légèrement plus massif qu'un proton libre (939,6 MeV/c² contre 938,3 MeV/c²). Celui lui donne l'excédent d'énergie de masse nécessaire pour se transformer en proton plus un électron et un antineutrino électronique (via un boson W-) car cet électron ne pèse que 0,5 MeV/c² et le neutrino encore moins. En conséquence le neutron libre est instable et ne vit en moyenne que 15 minutes environ, et inversement un proton libre ne peut pas se désintégrer en neutron (plus positron plus neutrino). Il se trouve que c'est la seule voie de désintégration du neutron libre : rien qu'un muon (106 MeV/c²) dans l'état final serait trop lourd pour le bilan en énergie, sans parler d'un tau. Même chose pour une paire de quarks d-anti u dans l'état final.

Pourtant la désintégration bêta existe dans les deux sens, proton vers neutron également. Mais c'est que dans ce cas le proton n'est pas libre, il est dans un noyau. Et c'est le noyau final dans son ensemble qui sera moins massif que le noyau initial car plus stable, bien que le neutron final soit plus lourd que le proton initial. Donc la conservation de l'énergie n'est pas un soucis ici.

Une autre source de soucis éventuel pour la conservation de l'énergie ce serait la masse du boson intermédiaire W : 80 000 MeV/c², soit non seulement beaucoup plus que la différence de masse entre un neutron et un proton libres, mais même beaucoup plus que la masse du neutron de départ ! Comment un neutron pourrait-il l'émettre ? Cependant, ce boson W n'apparaît pas dans l'état final, ce n'est donc qu'une particule virtuelle. Il y a deux manières de présenter la solution à ce problème : soit on dit qu'une particule virtuelle peut temporairement violer la conservation de l'énergie à cause des relations d'incertitude d'Heisenberg (comme dans le premier lien donné dans ce fil), soit on dit plus techniquement que la conservation de l'énergie est assurée mais que la masse d'un W virtuel n'est pas obligée de valoir 80 000 MeV/c².

[blisax]

Je crois qu'il y a une coquille à laquelle je n'avais pas fait attention jusqu'ici : la dernière étape correcte c'est → u+u+d+e-+antineutrino électronique correspondant à des isospins
1/2 + 1/2 - 1/2 - 1/2 - 1/2 = -1/2 .
En effet il faut que le nucléon ait changé de nature entre l'état initial udd et l'état final uud !

Oui tout a fait, une petite erreur d’inattention de ma part.

Merci