Comment a t-on mesuré les masses des particules élémentaires ?

[invite787a858d]

Bonjour,

Comment a t-on mesuré la masse d'un électron, d'un neutron ou d'autres sous-particules ? J'ai vu qu'il y a des calculs mais est-ce que cela a été vérifié pour chaque particule et comment l'a t-on fait ?

A+
-----

[Deedee81]

Salut,

Pour le neutron je ne sais pas.

Par contre, pour l'électron, on a procédé comme suit :

Dans de nombreuses expériences, ce qui est facile à mesurer est le rapport charge électrique/masse (e/m).
Par exemple dans un spectromètre de masse, la déviation est proportionnelle à e/m.
Des expériences de ce type avaient déjà été faites à l'aide de tube cathodiques par Thompson il y a plus d'un siècle.

Restait à mesurer e et m séparément.

Ce fut fait, le premier, par Millikan par une très belle expérience.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3%...le_de_Millikan

Il a ainsi mesuré 'e'. Et connaissant e/m, on avait la masse.

Plus d'infos à venir sans doute d'autres contributeurs.

[mach3]

pour le proton, étant de même charge que l'électron, une fois qu'on connait e, on peut trouver sa masse par spectro de masse

pour le neutron, pas de mesure directe mais elle se déduit très simplement à partir des masses du proton et du deuteron (qui se mesurent pas spectro de masse) et la mesure du rayonnement gamma émit lors d'une capture neutron par un proton (correspond à l'énergie de liaison proton-neutron dans le deutéron), voir ici : http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron#Mass

plus généralement, en étudiant les collisions et désintégration en accélérateur (trajectoires et énergie libérée) on peut déterminer les masses de toutes les particules à partir de celles que l'on connait, de proche en proche.

m@ch3

[invitecaafce96]

bonjour,
En résumé, 3 procédés pour la mesure des masses atomiques :
- déviation d'un ion dans champ électrique ,
- déviation dans un champ magnétique ,
- par désintégration et bilan de réaction .

Pour les premières mesures proton, neutron : /http://www.dialogus2.org/EIN/massedunproton.html

[A voir en vidéo sur Futura]

[Hermillon73]

Bonsoir,

Pour la méthode moderne, et pour les particules chargées :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Pi%C3%A..._et_de_Penning

Cordialement.

[Nicophil]

Bonsoir,

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pi%C3%A..._et_de_Penning

"Electrons, piège à ions !"

[invite6dffde4c]

Bonsoir,

Pour la méthode moderne, et pour les particules chargées :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Pi%C3%A..._et_de_Penning

Cordialement.

Bonjour.
Ce type de dispositif ne permet pas de déterminer la masse des particules.
Uniquement le rapport q/m
Au revoir.

[stefjm]

Bonjour.
Ce type de dispositif ne permet pas de déterminer la masse des particules.
Uniquement le rapport q/m
Au revoir.

Bonjour,
Et donc le rapport q^2/m ???
Au revoir.

[Deedee81]

Salut,

Et donc le rapport q^2/m ???

Avec le piège de Penning ??? Tu as une idée particulière derrière la tête ? Sinon, je dirais que non, on ne sait pas mesurer ce rapport avec le pièce de Penning.

A confirmer.

[stefjm]

Avec le piège de Penning ??? Tu as une idée particulière derrière la tête ? Sinon, je dirais que non, on ne sait pas mesurer ce rapport avec le pièce de Penning.

A confirmer.

Avec n'importe quelle techno.
Comme c'est le produit des charges qui donnent les forces, et que les charges élémentaires sont toutes identiques au signe près, c'est assez logique que ce soit q^2 qui intervienne.

L'idée derrière la tête est que q^2/m est une grandeur chrono géométrique. (dimension L^3/T^-2 en système d'unité qui va bien.)

Un cran plus loin, si tu exprimes la masse en L^3T^-2, q^2/m est une masse. (et on retrouve la relation masse avec inverse de masse)

[Deedee81]

Avec n'importe quelle techno.
Comme c'est le produit des charges qui donnent les forces, et que les charges élémentaires sont toutes identiques au signe près, c'est assez logique que ce soit q^2 qui intervienne.

Tu oublies que ce qui est mesuré c'est l'action de la force sur le corps chargé, c'est donc q/m qui intervient, pas q tout seul, ou bien q²/m² ou qq'/mm', pas q² tout seul.

Ce serait trop facile

C'est bien pour ça que Millikan a fait en sorte d'avoir peu d'électrons afin de mesurer directement la charge égale à nq (n étant ici un petit entier).

Mais une fois que tu as q, tout le reste devient plus facile.

[Nicophil]

De nos jours, la précision de plusieurs constantes, c'est par l'imprécision de la mesure de qu'elle est limitée:
https://en.wikipedia.org/wiki/Planck...ical_constants

[coussin]

Ce qui va bientôt changer puisque, à l'instar de c, on va fixer la valeur de h comme exacte.

[Deedee81]

Ce qui va bientôt changer puisque, à l'instar de c, on va fixer la valeur de h comme exacte.

Ah, je l'avais oublié celle-là. C'est quoi encore le phénomène physique qui a été proposé et l'étalon concerné ? (c'est pas le kilogramme ?)

[stefjm]

Ce qui va bientôt changer puisque, à l'instar de c, on va fixer la valeur de h comme exacte.

Comme et , et que , et sont fixé conventionnellement, on aura la même incertitude sur que celle sur ?

[coussin]

Ah, je l'avais oublié celle-là. C'est quoi encore le phénomène physique qui a été proposé et l'étalon concerné ? (c'est pas le kilogramme ?)

Voilà une table qui résume la proposition de redéfiniton : redéfinition SI

[stefjm]

Sympa comme cela remet au centre de toute les incertitudes.

C'est quoi ?

[Deedee81]

on aura la même incertitude sur que celle sur ?

Lequel est le plus précis actuellement ? (c'est le moins précis qui va en profiter )

[stefjm]

incertitude relative sur
e : 2.2 x 10^-8
alpha : 3.2 x 10^-10

La constante de structure fine est l'une des grandeurs les mieux connues. ( Le record est pour l'electron g-factor en 10^-13 et la constante de Rydberg en 10^-12)
2

[Nicophil]

Comme et , et que , et sont fixé conventionnellement, on aura la même incertitude sur que celle sur ?

Non, car... si j'ai bien suivi, ne sera plus fixé conventionnellement.

[stefjm]

Effectivement, si e est fixé, c'est mu_0 qui aura une incertitude.

[Hermillon73]

Bonsoir,

Bon, bref :

http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1406/1406.5590.pdf

Cordialement.

[invitef15cc928]

Bonjour,

N'oublions pas que les protons et les neutrons ne sont pas des particules élémentaires. Ce sont bien des édifices composites, constitués de quarks, eux élémentaires.

A+

[Deedee81]

Salut,

N'oublions pas que les protons et les neutrons ne sont pas des particules élémentaires. Ce sont bien des édifices composites, constitués de quarks, eux élémentaires.

En effet. Mais ça ne change rien.

Ce que je veux dire : pas besoin de savoir i un camion fonctionne à l'essence ou au diesel pour peser le camion.

Quand à calculer la masse des protons et neutrons à partir des masses des quarks, c'est extrêmement difficile. Ce n'est que récemment qu'on a pu obtenir des résultats satisfaisants
(ce n'est pas une difficulté théorique, c'est juste une difficulté calculatoire)

[invitef15cc928]

En effet. Mais ça ne change rien.
Ce que je veux dire : pas besoin de savoir i un camion fonctionne à l'essence ou au diesel pour peser le camion.

Ça change en partie l'exactitude des propos tenus plus avant. Sur un forum scientifique, soyons... scientifique !

En l’occurrence il est important de connaître la nature de la particule que l'on souhaite mesurer. On ne mesure pas la masse d'une particule composite et instable de la même manière qu'une particule élémentaire et stable. Par exemple on ne mesure pas la masse des quarks par désintégration et bilan de masse.

La connaissance du carburant du camion semble donc important

[Deedee81]

Salut,

La connaissance du carburant du camion semble donc important

Plutôt la connaissance du camion en soit

On a mesuré la masse des protons et neutrons avant même de savoir que les quarks existaient.

Par contre, c'est tout à fait clair en effet qu'il faut tenir compte des propriétés de la particule (qu'elle soit élémentaire ou composite) pour mesurer sa masse. Un exemple assez simple est le neutrino. Tout aussi élémentaire que l'électron, mais la mesure de sa masse est un vrai cauchemar.

Le problème des quarks (et pas seulement, pensons aux gluons) est qu'ils ne peuvent être isolé. Je vais t'avouer que je ne sais pas comment on a mesuré leur masse. Sans doute par des collisions à très haute énergie et analyse des sections efficaces. Ca ne doit pas être trivial.

[invite8865c38b]

Salut,



Plutôt la connaissance du camion en soit

On a mesuré la masse des protons et neutrons avant même de savoir que les quarks existaient.

Par contre, c'est tout à fait clair en effet qu'il faut tenir compte des propriétés de la particule (qu'elle soit élémentaire ou composite) pour mesurer sa masse. Un exemple assez simple est le neutrino. Tout aussi élémentaire que l'électron, mais la mesure de sa masse est un vrai cauchemar.

Le problème des quarks (et pas seulement, pensons aux gluons) est qu'ils ne peuvent être isolé. Je vais t'avouer que je ne sais pas comment on a mesuré leur masse. Sans doute par des collisions à très haute énergie et analyse des sections efficaces. Ca ne doit pas être trivial.

effectivement (c'est par exemple ce qui est fait au tévatron) c'est également comme cela que l'on mesure la masse des bosons W et Z par exemple ou qu'on a déterminé le nombre de famille de neutrinos

[Deedee81]

effectivement (c'est par exemple ce qui est fait au tévatron) c'est également comme cela que l'on mesure la masse des bosons W et Z par exemple ou qu'on a déterminé le nombre de famille de neutrinos

Merci de la précision/confirmation.

[invited9b9018b]

Bonjour,

Une mesure de la masse de particules qu'on ne peut observer "directement", dans un accélérateur de particules, est possible de la façon suivante :

1) On cherche les modes de désintégrations de cette particule permettant une observation indirecte. Pour qu'un mode soit intéressant il faut qu'il soit suffisamment probable (assez de stats) et que ses produits finaux soient observables avec une bonne chance d'identifier le processus (peu de bruit de fond). On observe typiquement des photons, électrons, muons, et des "jets". On privilégie aussi les produits finaux dont on peut mesurer assez précisément l'impulsion.
Pour prendre un exemple assez récent, on a observé le boson de higgs dans différents canaux, y compris la désintégration en deux photons.

2) On reconstruit les évènements candidats pouvaient correspondre aux désintégrations attendues. Puis, à l'aide des impulsions/énergies des produits, on peut remonter à la masse de la particule dont elles seraient les produits de désintégration. (si on observe les produits directs il suffit de calculer la "masse invariante" : http://en.wikipedia.org/wiki/Invariant_mass )

3) On observe la distribution en masse des évènements candidats, et on obtient des courbes comme celle-ci (désintégration du Z en une paire ) :

https://i2.wp.com/www.pd.infn.it/~dorigo/24fb_zee.gif

A+

[Hermillon73]

Bonjour,

Il y a aussi des cas où les deux méthodes (mesure de section efficace mentionnée par van-fanel, et reconstruction directe mentionnée par l.gautheron) sont utilisées pour la même particule.
Par exemple, à LEP2, la masse du boson W a été mesurée en se plaçant au seuil de production des paires de bosons W+W-, et comme la section efficace était très dépendante de la masse, on en déduisait une mesure précise de celle-ci. Puis on est monté en énergie, et là on mesurait la masse du boson en reconstruisant les distributions de masse invariante dans les différents canaux de désintégrations.

Pour la mesure de la masse des quarks, le plus simple est le quark top, car il se désintègre et s'"hadronise", c'est à dire qu'on a des produits de désintégrations qui permettent de reconstruire sa masse invariante. Pour les autres, il n'y a pas de mesures directes.

Pour les neutrinos, il n'y a pas de mesures directes de la masse non plus (seulement une limite supérieure sur la valeur de celle-ci), mais on a des mesures de l'écart en masse entre neutrino de différentes générations (plus exactement le delta_m au carré, par forcement avec le signe mais en valeur absolue, et seulement entre génération 2-1 et 3-2, ce qui fait qu'on ne connait même pas l'ordre du plus "léger" au plus "lourd"). Cet écart en masse intervient dans les mesures d'oscillation de neutrino, mais pas la masse de chaque génération directement.

Cordialement.