Qu'est-ce que les mésons ?

[invite5c615a36]

que sont exactement les mésons et que font-ils ? ( dans l'interaction faible ou forte par exemple). Merci.
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[Resartus]

Les mésons sont des particules constitués d'un quark et d'un anti quark. Ils sont donc sensibles à l'interaction forte, faible, et electromagnetique s'ils sont chargés.
En raison de leur masse, ils sont instables et se transforment en leptons par interaction faible (en passant par l'étape d'un boson W ou Z) et ont donc une durée de vie "assez" élevée de l'ordre de 10-8 s pour les plus légers à 10-12 pour les plus lourds, sauf ceux constitués du même quark/antiquark qui ont une durée de vie <10-16.

[invitef15cc928]

Bonjour,

En raison de leur masse, ils sont instables et se transforment en leptons par interaction faible

N'est-ce vraiment qu'une question de masse ? Un méson pion (139 MeV) est instable et pourtant il est bien plus léger que le plus léger des baryon, le proton (938 MeV). En se basant uniquement sur la masse, ce dernier pourrait a priori lui aussi se désintégrer en leptons.
Ajoutons que les mésons ne se désintègre pas toujours (directement) en leptons. Ils peuvent d'abord se désintégrer en d'autre mésons.

Pour compléter la définition : les mésons sont des bosons (particules de spins entiers).

[Resartus]

En réponse à l'objection de Deportivien, je complète un peu : une désintégration est possible quand la masse le permet, et d'autant plus rapide que l'excédent de masse est grand, à condition de respecter certaines lois de conservation (comme la charge électrique par exemple).

Il existe pour les quarks une "charge" qui est conservée, la charge de couleur (trois valeurs distinctes : bleu, vert, rouge). Les leptons n'ont pas de charge de couleur. Une particule réelle doit avoir avoir une charge de couleur totale blanche ou noire.

Les mésons peuvent se désintégrer en mésons plus légers ou en leptons parce que leur couleur totale est noire : l'antiquark a la couleur opposée à celle du quark.

Les baryons ne peuvent pas disparaitre parce que chacun des trois baryons possède une des couleurs (total blanc), mais il finissent tous par retomber vers le baryon le plus stable, le proton (ou le neutron quand il est stabilisé dans un noyau, sinon le neutron libre est également instable).

Quand la désintégration par interaction forte est possible elle va très vite, et d'autant plus que la masse est grande : c'est le cas des mésons dont l'antiquark est l'opposé du quark* (le pion pi0 par exemple). Si l'interaction forte est interdite et que l'interaction faible est permise, cela va beaucoup plus lentement, mais quand même d'autant plus vite que la masse est grande.

* En réalité, ces mésons sont des mélanges quantiques de paires de quarks opposés, mais cela devient un peu trop compliqué pour une première approche...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

N'est-ce vraiment qu'une question de masse ?

C'est une question de masse et de loi de conservation (en fait pour la masse c'est aussi une question de loi de conservation ). Le méson étant composé d'un quark et d'un antiquark, sa charge baryonique est nulle. Et donc, il peut se désintégrer en particules beaucoup plus légères (photons, leptons ou comme tu le signales d'autres mésons).

Concernant l'interaction forte, les mésons interviennent dans l'interaction nucléaire. Les quarks et les gluons étant soumis au confinement (ils ne sont jamais isolés), l'interaction forte entre deux nucléons se fait par échange de mésons. Essentiellement des pions (mésons pi) mais aussi des mésons plus lourds.

Pour des détails plus précis, voir par exemple :

Voir : https://fr.wikipedia.org/wiki/Force_nucl%C3%A9aire

Pour une carte d'identité complète des mésons, voir :
https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9son

Le méson pi se désintègre dans presque 99% des cas en deux photons. Parfois en photon plus une paire e- e+

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pion_%28particule%29

Je cite aussi le kaon (l'article en français est malheureusement un peu trop court) :

https://en.wikipedia.org/wiki/Kaon

Particule fort intéressante car la plus légère des particules étranges (nommées comme cela à cause, à l'époque, de l'apparition d'une étrange loi de conservation inconnue jusqu'alors et nommée étrangeté. Il contient en fait un quark étrange, s (de "strange" en anglais) qui ne peut se désintégrer que via l'interaction faible). Le kaon est aussi un bon exemple pour illustrer la violation de la symétrie CP (voir l'article ou mieux encore le cours de mécanique quantique de Feynman dont la description de l'étrange comportement des kaons est extraordinairement lumineuse même si à l'époque de la rédaction on ne parlait pas encore de quarks).

[mach3]

Le méson pi se désintègre dans presque 99% des cas en deux photons. Parfois en photon plus une paire e- e+

tu parles seulement du pi0 là non? parce que pour pi+ et pi- il y aurait un petit problème de conservation de la charge.

m@ch3

[Deedee81]

tu parles seulement du pi0 là non? parce que pour pi+ et pi- il y aurait un petit problème de conservation de la charge.

Arg, oui, évidemment. Désolé pour le manque de précision.

[invitef15cc928]

Bonjour,

Merci pour ta réponse claire Resartus.

Une petite question sur les lois de conservation : comment est introduite la charge baryonique ? Pourquoi n'y a-t-il pas de charge mésonique qui devrait être conservée ?

[Resartus]

La charge baryonique est une conséquence de la charge de couleur. C'est le nombre de quarks moins le nombre d'antiquarks divisé par 3 et cela doit donc, à cause de la règle de la couleur blanche, être un entier relatif. Comme c'est zero pour les mésons, cela n'empêche pas leur désintegration en leptons.

Pour compléter encore, les leptons ont eux aussi une charge qu'on appelle leptonique (que n'ont pas les quarks). En fait, il y en a trois là aussi, ce qui explique que les electrons "lourds", muons ou tau, ne peuvent pas se transformer directement en électrons légers. Il faut pour cela qu'il émettent un neutrino qui emporte leur type de charge (muonique ou "tauique", et un antineutrino electronique qui compense celle de l'électron créé.

Cette charge leptonique n'est pas toujours conservée, mais tout ceci devient un peu long à expliquer sur un forum. Il vaudrait mieux lire wikipedia, ou si c'est trop compliqué pour un début, des sites plus didactiques sur la question....

[Deedee81]

Pris de vitesse.

Cette charge leptonique n'est pas toujours conservée

Je ne comprend pas trop à quoi tu fais référence. Ce ne serait pas aux neutrinos de Majorana ?

[invite5c615a36]

Je pourrai savoir quel-est votre âhe svp ? Car j'ai 15 ans et d'habitudes personne ne sait de quoi je parle quand je parle de mésons ... Même ma prof de physique ne comprend pas

[mach3]

Car j'ai 15 ans et d'habitudes personne ne sait de quoi je parle quand je parle de mésons ... Même ma prof de physique ne comprend pas

c'est assez normal, a ton age je savais déjà ce qu'était un méson (j'avais un super bouquin de vulgarisation de l'astrophysique, c'est d'ailleurs le métier que je voulais faire...) mais je devais bien être le seul parmi tous les gens que je connaissais (ne serait-ce que savoir ce qu'était un proton n'était pas évident...). La physique des particules est un domaine assez pointu et à moins de s'y intéresser par soi-même ou de l'étudier à l'université (ce qui est également une démarche volontaire), il y a peu de chance d'en entendre parler. La physique est une belle passion, mais malheureusement c'est une passion un peu excluante dans notre société.
Normal aussi que ta prof de physique ne connaisse pas, les mésons ne font pas parti du cursus normal d'un prof de collège ou lycée.

m@ch3

[Resartus]

Pour DeeDee, j'ai mal écrit ma phrase qui telle qu'elle est écrite est fausse (ne sachant pas encore si le neutrino est une particule de majorana).
Je voulais dire que le type de charge leptonique pouvait changer entre electronique, muonique et tau (cf oscillations des neutrinos).
Pour l'instant le nombre leptonique total (somme des trois types) est en effet considéré comme invariant.

Pour ScienEvan : tout dépend de l'âge de la prof... Aujourd'hui ce genre de choses est enseigné en licence de physique (c'est le minimum de formation qu'ont la plupart des profs, qui ont souvent plus). Mais c'est peut-être seulement en option, et ce n'était peut-être pas le même programme il y a quelques années (et d'ailleurs, beaucoup des choses qu'on sait sur les quarks sont "relativement" récentes <20 ans, et quand on enseigne en Lycée, on n'a pas franchement besoin de cela)

[invite5c615a36]

M@ch3 pourquoi ne veut-tu plus devenir astro physicien ? Car c'est ce que je voudrai faire ( je voudrai plutôt faire une théorie du grand tout plus exactement ) c'est trop difficile ?

[Deedee81]

Salut,

Pour DeeDee, j'ai mal écrit ma phrase qui telle qu'elle est écrite est fausse (ne sachant pas encore si le neutrino est une particule de majorana).
Je voulais dire que le type de charge leptonique pouvait changer entre electronique, muonique et tau (cf oscillations des neutrinos).
Pour l'instant le nombre leptonique total (somme des trois types) est en effet considéré comme invariant.

Pas de problème, j'avais mal compris (ceci dit le neutrino de Majorana constitue un exemple intéressant). Et je suis d'accord avec toi (je n'avais pas pensé aux oscillations).

c'est assez normal, a ton age je savais déjà ce qu'était un méson (j'avais un super bouquin de vulgarisation de l'astrophysique, [...]

Tiens, moi c'était avec un super bouquin de physique nucléaire trouvé à la bibliothèque communale. Par contre mon prof de science connaissait et j'adorais discuter de ce genre de chose avec lui.

############## suite au nettoyage

M@ch3 pourquoi ne veut-tu plus devenir astro physicien ? Car c'est ce que je voudrai faire ( je voudrai plutôt faire une théorie du grand tout plus exactement ) c'est trop difficile ?

Pas plus difficile que n'importe quelle étude universitaire.

[invite5c615a36]

Moi ma profe elle y connaît rien je lui ai même appris la vitesse de la lumière ( exacte )

[albanxiii]

SciencEvan, parlez nous un peu de la gravité quantique à boucle et on verra si vous en savez plus que votre prof...
Un peu de respect ne fait jamais de mal.

[pm42]

Pas plus difficile que n'importe quelle étude universitaire.

Certes même s'il y a sans doute plus "abordable" que la physique moderne pour la plupart des étudiants.

je voudrai plutôt faire une théorie du grand tout plus exactement

Ca par contre, c'est sensiblement plus difficile que toutes les études universitaires...

[Deedee81]

Salut,

Certes même s'il y a sans doute plus "abordable" que la physique moderne pour la plupart des étudiants.

Je ne suis pas d'accord. Tout dépend amha des prédispositions et des goûts. Je suis archi nul en droit (j'ai même eut un échec en droit du travail). J'aurais eut infiniment plus facile de faire des études d'astrophysicien que d'avocat.
Donc, je dirais que pour quelqu'un ayant des aptitudes XYZ faire des études dans ce domaine XYZ n'est pas plus difficile dans l'un ou l'autre cursus.
Avec sans doute quelques exceptions (devenir chirurgien est très long par exemple)

Ca par contre, c'est sensiblement plus difficile que toutes les études universitaires...

Là je suis d'accord

Ca nécessite une maitrise approfondie de plusieurs domaines particulièrement pointus de la physique. Et même comme ça, ça reste incroyablement ardu.

Tiens, d'ailleurs, pour celui qui voudrait un aperçu des difficultés, il y a ce livre très bien (on peut le trouver sur le net) :
"Quantum Gravity", Claus Kieffer

Il étudie en détail les différentes approches et les difficultés.
C'est extrêmement technique, mais pour le curieux, ça aussi c'est un indicateur du niveau pour comprendre. Donc, même un profane peut être intéressé de voir "à quoi ressemble ce genre de recherche", "qu'est-ce qu'il faut connaitre pour comprendre".

[pm42]

Je ne suis pas d'accord. Tout dépend amha des prédispositions et des goûts. Je suis archi nul en droit (j'ai même eut un échec en droit du travail). J'aurais eut infiniment plus facile de faire des études d'astrophysicien que d'avocat.
Donc, je dirais que pour quelqu'un ayant des aptitudes XYZ faire des études dans ce domaine XYZ n'est pas plus difficile dans l'un ou l'autre cursus.

Vu comme ça, je ne peut être que d'accord. Je pense juste que statistiquement, il y a plus de gens qui ont des capacités leur permettant d'avoir un diplôme universitaire en ingéniérie droit, commerce, psychologie, histoire de l'art, etc que de devenir physicien.
Ce n'est pas un jugement de valeur sur les matières et devenir excellent dans n'importe quelle discipline nécessite travail et talent.
Mais la sélection par l'abstraction et les maths en physique me semble être un filtre qui à mailles très fines.
Je peux me tromper et j'arrête là le hors sujet.

[Deedee81]

Mais la sélection par l'abstraction et les maths en physique me semble être un filtre qui à mailles très fines.

Oui, je pense de même.

Je peux me tromper et j'arrête là le hors sujet.

Je peux me tromper aussi (mais ce n'est pas totalement HS puisque SciencecEvan demandait s'il était difficile de faire ce genre d'étude).

[stefjm]

(mais ce n'est pas totalement HS puisque SciencecEvan demandait s'il était difficile de faire ce genre d'étude).

Toujours difficile de faire des études quand les profs sont mauvais.

[Deedee81]

Toujours difficile de faire des études quand les profs sont mauvais.

Sans rire, mon prof de droit était très bien. C'est moi qui était nul.
Concernant ce point et ce qui a été dit, une difficulté se présente lorsqu'une personne a des goûts qui ne sont pas du tout en adéquations avec ses aptitudes.
Ce n'est pas fréquent (en général on est plus doué dans ce qu'on aime, sans chercher à établir un ordre de causalité, je n'en sais rien). Mais j'ai connu des cas.
Dans ce cas, si on suit ses goûts, les études peuvent être vraiment un véritable challenge.

Mais ça, seul SciencecEvan sera en mesure de le déterminer (et de faire ses choix).

[invite5c615a36]

Et pourquoi les scientifiques ne veulent pas " inventer " une théorie de ce qu'il y aurait eu avant le Big Bang ( comment la singularité serait apparut ou d'où provient toute cette énergie ) puisqu'ils l'ont fait pour le Big Bang lui même ?

[pm42]

Et pourquoi les scientifiques ne veulent pas " inventer " une théorie de ce qu'il y aurait eu avant le Big Bang ( comment la singularité serait apparut ou d'où provient toute cette énergie ) puisqu'ils l'ont fait pour le Big Bang lui même ?

Parce que des théories comme ça, on en a plein. Mais que tant qu'on n'a aucun moyen de les vérifier, cela reste de la spéculation et n'apporte pas grand chose. Donc tu peux avoir des collisions de branes, des fluctuations du vide quantique, des cycles big-crunch/big-bang et j'en passe.

[Deedee81]

Salut,

Les théories (en effet nombreuses) sur ce qui a précédé le Big Bang s'appellent modèles et théories de "pré big bang".

Voir ici par exemple :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A9_Big_Bang

C'est TRES incomplet, même avec les liens.

Voir aussi :
http://www.futura-sciences.com/magaz...e-1679/page/9/
http://www.larecherche.fr/savoirs/do...-12-2011-88332

[mach3]

Et pourquoi les scientifiques ne veulent pas " inventer " une théorie de ce qu'il y aurait eu avant le Big Bang ( comment la singularité serait apparut ou d'où provient toute cette énergie ) puisqu'ils l'ont fait pour le Big Bang lui même ?

ils le veulent, mais il ne suffit pas de le vouloir. Une théorie nécessite un appui sur l'observation et l'expérimentation pour être scientifique : elle doit pouvoir être confrontée aux faits qu'elle explique/prédit. Dit autrement, il faut que la théorie explique/prédise des faits d'observation ou expérimentaux pour être scientifique.
Pour la théorie du big-bang il y a tout un tas de faits d'observation (décalage vers le rouge des galaxies lointaines, rayonnement de fond cosmologique, abondance des nucléides légers...) qui ont conduit à son échafaudage. Pour une théorie du pré-big bang, hélas nous n'avons pas grand chose à nous mettre sous la dent question observation. La seul contrainte c'est qu'elle doit être compatible avec ce qui se passe ensuite (big-bang) et avec les autres théories connues (RG, QFT...). Du coup il y a pour l'instant des centaines voire des milliers de théories candidates pour cela et on ne pourra en éliminer qu'avec de nouvelles observations.

m@ch3

[invite5c615a36]

Et que dit exactement la théorie d'Hawking avec les trous noirs ? A-t-elle été vérifiée ?

[Deedee81]

Salut,

Et que dit exactement la théorie d'Hawking avec les trous noirs ?

Elle dit que tout corps noir rayonne. Ce rayonnement est inversement proportionnel à sa masse. C'est un effet purement quantique.

Note pour être précis que ce n'est pas la "théorie de Hawking" mais la théorie quantique des champs en espace-temps courbe (ou pour faire moins pédant : mécanique quantique + relativité générale).
C'était déjà étudié bien avant Hawking.
Par contre, c'est bien lui qui a découvert son application aux trous noirs. Une découverte absolument remarquable qui a eut un énorme impact dans la communauté des théoriciens.

Quelques articles faciles à lire (vulgarisés) :
http://www.astrosurf.com/luxorion/trounoir5.htm
http://www.futura-sciences.com/magaz...ve-labo-25346/

A-t-elle été vérifiée ?

Non, la température de Hawking est archi minuscule et totalement invérifiable avec nos moyens actuels, même si on pouvait approcher un trou noir pour l'étudier.
Mais très peu doutent de son existence car c'est une conséquence de théories bien connues et bien validées.

Note que les articles comme celui que j'ai donné ci-dessus ("observation d'un analogue du rayonnement de Hawking en laboratoire) ne constituent pas une observation de ce rayonnement. C'est juste une observation qu'un système qui obéit aux mêmes équations donne le même résultat. Je peux fabriquer une simulation du père noël sur ordinateur sans que le père noël existe (je ne dis pas ça pour me moquer, je ne doute pas non plus de l'existence de ce rayonnement).

[invite5c615a36]

Et à que sont les singularités dont il a démontré l'existence ?