Est-on absolument sûr que le neutron isolé se désintègre vraiment spontanément ?

[andretou]

Bonjour tout le monde
Je n'arrive pas à comprendre qu'un neutron isolé se désintègre tout seul au bout de 15 minutes environ (pour produire un proton + électron + un antineutrino).
Cela suppose qu'il y aurait dans le neutron un capteur qui lui indique qu'il est isolé + une horloge + un détonnateur pour déclencher la fameuse réaction béta...
Comment est-on certain que cette réaction n'est pas provoquée par un agent extérieur, tel qu'un neutrino incident qui aurait le "bon" niveau niveau d'énergie ?
Merci pour votre aide
André
-----

[Amanuensis]

La valeur d'environ 15' est une moyenne.

Et la statistique est "poissonnienne" (sans mémoire), ce qui signifie qu'à tout moment un neutron isolé va se désintégrer en moyenne 15' plus tard. Si au bout d'une minute il est encore là, alors la durée moyenne restante avant désintégration est encore 15'.

Pas besoin d'horloge pour une telle stat.

[https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Poisson]

[invitecaafce96]

Bonjour,
Pas besoin de détonateur dans toutes les désintégrations radioactives .
Pour le neutron : http://forums.futura-sciences.com/ra...e-neutron.html

[Deedee81]

Salut,

Pour ce qui est de la vérification expérimentale, oui, on en est sûr.
On produit fréquemment des neutrons libres dans divers dispositifs (réacteurs nucléaires, accélérateurs de particules). Et la demi-vie est la même alors que l'environnement (en particulier les flux de neutrinos) sont extrêmement différents.

Concernant l'explication, il faut savoir que le neutron (comme les particules, les atomes,...) sont régis par les lois de la mécanique quantique. Et ces lois sont probabilistes. Pourquoi ? On ne sait pas, c'est juste un constat (vérifié à l'extrême).
Et donc à chaque instant le neutron à une certaine probabilité (toujours la même) de se désintégrer et... voir les deux messages précédents.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitecaafce96]

Re ,
D'ailleurs , je ne comprends pas pourquoi on parle du temps de vie (moyen ) du neutron libre plutôt que de sa période (ou demi-vie ) .
Il me semble que ce serait plus clair pour tout le monde .
Si le temps de vie moyen est de 15 mn , sa période est 10 mn environ , ce qui signifie que pour une population donnée , la moitié se sera désintégrée au bout de 10 mn .
Mais , à titre individuel , un neutron libre peut vivre aussi bien 1 s que 100 ans ( s'il ne lui arrive rien d'ici-là ...) .

[Amanuensis]

Entre 1/2 et 1/e, suffit de connaître la convention. D'accord, 2 est connu par plus de personnes que e. Et avec e faut se rappeler si c'est 1/e qui est désintégré ou qui reste. Dur! C'est plus facile avec 2.

La moyenne a le bon goût de donner l'écart-type à peu de frais...

[coussin]

Bonjour tout le monde
Je n'arrive pas à comprendre qu'un neutron isolé se désintègre tout seul au bout de 15 minutes environ (pour produire un proton + électron + un antineutrino).
Cela suppose qu'il y aurait dans le neutron un capteur qui lui indique qu'il est isolé + une horloge + un détonnateur pour déclencher la fameuse réaction béta...
Comment est-on certain que cette réaction n'est pas provoquée par un agent extérieur, tel qu'un neutrino incident qui aurait le "bon" niveau niveau d'énergie ?
Merci pour votre aide
André

Ce n'est pas une question d'horloge... Dans un noyau atomique, le neutron interagit avec les protons voisins. Voyez plutôt un noyau atomique comme une "soupe de quarks" (j'irais même jusqu'à dire que protons et neutrons perdent leurs individualité dans un noyau). C'est ce qui stabilise le tout.

[Deedee81]

EDIT bigzouille, nos discussions sont en train de se mélanger. Ici je répondais à Catmandou.

En effet. J'avais aussi pensé à la distinction (*) mais pour la discussion ce n'était pas capital (par contre, quand on le mesure, faut faire attention aux chiffres ).

(*) Surtout parce que je me suis rappelé un truc qui m'avait bien fait rire sur sci.physic.
Un crank confondait demi-vie et vie moyenne, quelqu'un lui fait remarquer (comme le 15 et le 10 ci-dessus) et il répond "Donc selon vous 3=2".

[Amanuensis]

D'autant moins capital que l'OP a bien précisé "isolé" dans le titre et dans le texte.

[Deedee81]

(j'irais même jusqu'à dire que protons et neutrons perdent leurs individualité dans un noyau)

Je dirais la même chose. C'est un peu comme si le neutron se désintégrait et se recomposait en permanence. Mais l'image est cette fois un peu abusive.

Quelque chose plus précis peut-être :
Dans un ion hydrogène H2+ on a deux protons liés avec un seul électron.
L'électron peut être situé autour d'un atome, ou de l'autre.
Et l'électron peut changer de place (H+ H devient H H+. L'équivalent nucléaire étant n - p qui devient p - n).

Mais on est en mécanique quantique, et un électron (merci à son caractère ondulatoire) peut être situé autour des deux protons en même temps (état superposé).
Et il s'avère qu'il y a (toujours, c'est une question d'amplitude d'échange) un tel état superposé de plus faible énergie, donc plus stable.
(ce n'est que lorsque l'amplitude d'échange est négligeable et donc la différence d'énergie négligeable devant l'agitation thermique ou les temps de transition astronomique, que ce phénomène cesse).

Dans un tel état, l'électron n'a plus de position déterminée.

Et de même, les n - p n'ont pas d'identité bien définie.

[invitec9c0a685]

La moyenne a le bon goût de donner l'écart-type à peu de frais...

Bonjour,
Je n'ai pas compris votre démarche intellectuelle...
Cordialement

[andretou]

Bonjour à tous
Excusez-moi de revenir sur cette question, mais il y a une chose que je n'arrive pas à comprendre.

Dans l'article de Wikipedia, il est indiqué https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A...re#cite_note-9:
"La valeur de la durée de vie moyenne retenue par le Particle Data Group en 2014 est τn = 880,3 ± 1,1 s"
A quoi correspond donc ce +/- 1,1 s ?
Selon cette indication, on dirait que les neutrons libres se désintègrent TOUS entre 879,2 s et 881,4 s, et non pas selon une loi de décroissance.

Par ailleurs, j'ai trouvé ici un article qui laisse penser que les neutrons ont TOUS LA MEME DUREE DE VIE bien déterminée : http://physicsworld.com/cws/article/...epancy-deepens
"While neutrons in stable nuclei can exist for an eternity, a free neutron hangs around for about 15 min before it decays via the weak interaction to a proton, an electron and an antineutrino".

Et enfin dans l'encyclopédie Universalis :
On la mesure en calibrant un faisceau de neutrons et en comptant tout simplement les protons produits par la réaction (donc le nombre de neutrons désintégrés), après les avoir enfermés dans un système électromagnétique très astucieux, appelé « piège de Penning ». La valeur acceptée aujourd'hui est τ = 887 s.
Là non plus il n'est question de décroissance radioactive...

Merci d'avance pour vos commentaires

[coussin]

Pas sûr de comprendre...
Le plus ou moins 1.1s est une incertitude expérimentale.
Il n'y a rien de plus semblable à un neutron qu'un autre neutron donc oui, ils ont tous la même durée de vie.
Ensuite, ce qu'on appelle durée de vie est un abus de language. C'est le tau qui est dans le exp(-t/tau) de la loi de décroissance.

[albanxiii]

Il faut bien lire tous les mots, "durée de vie" n'a rien à avoir avec "durée de vie moyenne". On parle ici de phénomène (modélisé par une loi) probabiliste.

Si vous consultez des sites spécialisés, ou de mauvais sites de vulgarisation, sans connaître la physique, vous allez passer à côté de certaines choses par méconnaissance du vocabulaire et des définitions associées.

[LPFR]

Bonjour.
Vous interprétez la « durée de vie » comme si dire que l’espérance de vie des hommes est de 70 ans voulait dire que tous les hommes mouraient le jour de leur anniversaire.
Au revoir.

[Deedee81]

Salut,

Un terme souvent employé et déjà plus précis est "demi-vie". C'est la durée au bout du quel il ne reste que la moitié des neutrons.
A noter que la valeur est différente (comme signalé par albanxiii) de la durée de vie moyenne.

[invitecaafce96]

Bonjour,
En radioactivité , à cause de la décroissance exponentielle ,bien faire la différence entre ;
1 - Période = demie vie = half life , et ,
2 - Temps de vie moyen = durée de vie moyenne = durée de vie = lifetime
https://fr.wikipedia.org/wiki/Dur%C3%A9e_de_vie_moyenne

[coussin]

Bonjour.
Vous interprétez la « durée de vie » comme si dire que l’espérance de vie des hommes est de 70 ans voulait dire que tous les hommes mouraient le jour de leur anniversaire.
Au revoir.

Excellente analogie !

[andretou]

Bonjour,
En radioactivité , à cause de la décroissance exponentielle ,bien faire la différence entre ;
1 - Période = demie vie = half life , et ,
2 - Temps de vie moyen = durée de vie moyenne = durée de vie = lifetime
https://fr.wikipedia.org/wiki/Dur%C3%A9e_de_vie_moyenne

Le problème est que nulle part (dans les articles que j'ai trouvé) il n'est question de demi-vie du neutron et de loi de décroissance, seule est indiquée sa durée de vie !
Pourriez-vous SVP m'indiquer une source qui confirme que le neutron se désintègre selon une loi de décroissance, et non pas selon une durée de vie déterminée et précise ?

[LPFR]

Le problème est que nulle part (dans les articles que j'ai trouvé) il n'est question de demi-vie du neutron et de loi de décroissance, seule est indiquée sa durée de vie !
Pourriez-vous SVP m'indiquer une source qui confirme que le neutron se désintègre selon une loi de décroissance, et non pas selon une durée de vie déterminée et précise ?

Re.
Ces précisions sont inutiles car à ce stade on suppose que tous les gens savent ce qui se passe.
Mais vous pouvez regarder, par exemple, Wikipedia :
https://en.wikipedia.org/wiki/Neutro..._neutron_decay
A+

[Deedee81]

Le problème est que nulle part (dans les articles que j'ai trouvé) il n'est question de demi-vie du neutron et de loi de décroissance, seule est indiquée sa durée de vie !
Pourriez-vous SVP m'indiquer une source qui confirme que le neutron se désintègre selon une loi de décroissance, et non pas selon une durée de vie déterminée et précise ?

C'est juste le langage utilisé qui est incorrect (vie au lieu de demi-vie).
Ici on emploie le bon terme :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Neutron#Stabilit.C3.A9
avec la définition de décroissance exponentielle :
https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A...ielle#Demi-vie
et avec la référence :
http://pdg.lbl.gov/2014/download/rpp....38.090001.pdf
avec tous les chiffres (attention, 1676 pages, ce sont les données du "particule data group").

[Gilgamesh]

Pour visualiser des courbes de décroissance, faut aller dans les cours sur la nucléosynthèse primordiale (les fameuses "3 première minutes de l'Univers").

Courbe pointillée bleue dans le schéma ci-dessous.

source : Introduction to Astrophysics, C. Bertulani - Lecture 12 – Big Bang Nucleosynthesis

[andretou]

https://en.wikipedia.org/wiki/Neutro..._neutron_decay

Merci LPFR, là c'est bien précisé.

Merci aussi Deedee81 ! Grâce à ce document j'ai bien trouvé la confirmation que le neutron libre se désintègre selon la loi de décroissance radioactive.
http://journals.aps.org/rmp/abstract...odPhys.83.1173

Je voudrais cependant dire qu'il est regrettable que cette information ne soit pas mentionnée explicitement dans les sources en français, ce qui entretient une ambiguité pour les amateurs comme moi...

[Deedee81]

Je voudrais cependant dire qu'il est regrettable que cette information ne soit pas mentionnée explicitement dans les sources en français, ce qui entretient une ambiguité pour les amateurs comme moi...

Malheureusement, si l'on devait dresser une liste des anomalies, défauts, manquements dans les sources, je crois que la capacité du serveur Futura n'y suffirait pas.