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masse des proton et neutron ?



  1. #1
    hterrolle

    masse des proton et neutron ?


    ------

    Bonjour,


    j'ai une petite interrogation qui ne trouve pas de réponse.

    un
    Proton = Quarks(uud) = 0,938273 Gev
    Neutron = Quarks(DDu) = 0,939565 Gev

    hors la masse du
    Quark U = 0.01 Gev
    Quark D = 0.005 Gev

    Si je me contente d'additionner la masse des Quarks constituant un proton ou un Neutron. Je suis trés loin du compte.

    Comment puis je arrivé a trouver la masse du proton et du Neuton en fonctions de leurs composants que sont les Quarks.

    Merci de votre aide.

    -----

  2. Publicité
  3. #2
    humanino

    Re : masse des proton et neutron ?

    Bonjour,

    ah ! Là il s'agit d'un probleme notoirement difficile.

    Lorsqu'on regarde un système lié, tel le système Terre-Lune par exemple, la somme des masses des constituants est supérieure à la masse du système lié, et la différence de masse correspond à l'énergie de liaison. Ainsi, la masse du la Lune isolée plus la masse de la Terre isolée font ensemble plus que la masse du système Terre-Lune, et l'on peut calculer que la différence correspond à l'énergie potentielle perdue par la Lune lorsque celle-ci est tombée dans le champ de la Terre.

    En revanche, les hadrons sont des bestioles drolement énigmatiques ! La masse des systèmes liés hadroniques est beaucoup plus grande que la masse des constituants. L'énergie stoquée dans le champ de couleur est énorme (en fait, c'est l'énergie mise en oeuvre dans les centrales et les bombes nucléaires).

    Pour être parfaitement honnête, les choses sont beaucoup moins simples que dans le cas des planètes (pour être schématique), ou même que dans le cas des électrons en orbite autour des noyaux, ou encore dans le cas des protons et des neutrons dans le noyau. En effet, les quarks n'existent pas à l'état libre !!! Il n'est donc pas possible de définir leur masse en disant que c'est leur poids (ou leur inertie) lorsqu'on les a sortis du système lié...

    Pour finir, sache qu'un million de dollards attend celui qui trouvera la réponse à ta question
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

  4. #3
    mtheory

    Re : masse des proton et neutron ?

    Citation Envoyé par hterrolle
    Bonjour,


    j'ai une petite interrogation qui ne trouve pas de réponse.

    un
    Proton = Quarks(uud) = 0,938273 Gev
    Neutron = Quarks(DDu) = 0,939565 Gev

    hors la masse du
    Quark U = 0.01 Gev
    Quark D = 0.005 Gev

    Si je me contente d'additionner la masse des Quarks constituant un proton ou un Neutron. Je suis trés loin du compte.

    Comment puis je arrivé a trouver la masse du proton et du Neuton en fonctions de leurs composants que sont les Quarks.

    Merci de votre aide.
    Salut,c'est une question dont nous avons la réponse en principe et pas en pratique.
    Je m'explique.
    Lorsque l'on fait des expériences de diffusion d'électrons sur des protons ou des neutrons on est dans un régime où la structure interne des hadrons apparait comme constituée de quarks quasi libres d'une masse donnée.
    Cependant, en l'abscence de ces diffusions, les quarks ne sont pas libres dans un nucléon,ils intéragissent fortement par l'intermédiaire de gluons et cette énergie potentielle d'interaction forte s'ajoute à la masse du sytème.
    La surprise c'est qu'elle fait tout le travail 'd'habillage' de masse des quarks et donne les grandes masses mesurées pour les nucléons.
    C'est un effet de la renormalisation,tout comme le masse d'un électron change à cause de sa propre auto intéraction avec son champ électromagnétique.Sauf qu'ici c'est le champ 'chromique' d'auto interaction des quarks ET des gluons qui intervient.
    C'est un sujet compliqué pour des tas de raisons,ce qui fait que, même si on comprend et on estime qualitativement /numériquement(réseaux) la masse des hadrons, les calculs sont loin d'être sous controle rigoureux ni même vraiment possibles (sauf pour quelques mésons lourd je crois).
    Dit brutalement, le problème du calcul du spectre de masse de la chromodynamique quantique et la démonstration/compréhension véritable du confinement des quarks dans les hadrons est encore un problème ouvert.
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  5. #4
    mtheory

    Re : masse des proton et neutron ?

    Le plus incroyable dans l'histoire c'est qu'on puisse douter de l'existence effective de quarks dans les nucléons.
    Non je ne suis pas fou
    Je vais m'expliquer.
    ('grilled' by humanino )
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

  6. #5
    Karibou Blanc

    Re : masse des proton et neutron ?

    Il faut également tenir compte de l'énergie de liaison provenant de l'échange de gluons entre les quarks d'un neutron ou d'un proton.

    KB

    (désolé croisement avec les précédentes réponses...)

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    mtheory

    Re : masse des proton et neutron ?

    Citation Envoyé par mtheory
    Le plus incroyable dans l'histoire c'est qu'on puisse douter de l'existence effective de quarks dans les nucléons.
    Non je ne suis pas fou
    Je vais m'expliquer.
    ('grilled' by humanino )
    Les équations de la chromodynamique quantique (QCD) sont non linéaires ,contrairement à celle de la QED.
    Cela les rend plus difficiles à résoudre mais ça augmente la richesse des phénomènes contenus dedans (solitons,instantons,monopoles etc...).

    Particuliérement la constante de couplage (et donc la force) CROIT avec la distance séparant deux quarks/gluons tout comme l'énergie/la force exercée par un ressort croit lorsqu'on l'étire.

    C'est l'origine du confinement apparemment.
    Cela signifie aussi que les équations quantiques décrivant l'état d'un quark quasi libre sont tellement perturbées que les états de bases des équations résultantes peuvent ne plus avoir la même signification dans le régime fort que dans le régime faible.

    Si tu connais un peu de MQ le hamiltonien à faible couplage peut devenir trés différent à fort couplage et ses états propres ne peuvent plus être considérés comme un état propre d'un hamiltonien de quarks libre+des corrections de faible couplage.
    C'est le 'bordel'
    “I'm smart enough to know that I'm dumb.” Richard Feynman

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  10. #7
    flenne

    Re : masse des proton et neutron ?

    Bonjour : en réalité, sans être puriste, la différence entre la somme des masses des quarks et la masse du baryon qu'ils forment, ici proton ou neutron, correspond à l'énergie de liaison des quarks qui les composent :
    Masse du baryon = Masse des composantes (quarks) + Énergie de liaison des composantes.
    On comprend ainsi pourquoi il est si difficile de séparer les quarks, qui, si le big bang est une bonne hypothèse, montre qu'ils n'ont pu naviguer librement qu'au tout début de notre univers, à une température (correspondant à une énergie d'agitation) très élevée.
    Amicalement.
    Dernière modification par flenne ; 18/01/2013 à 10h56.

  11. #8
    Amanuensis

    Re : masse des proton et neutron ?

    Comme indiqué par humanino, l'énergie de liaison se soustrait de la somme des masses des composants isolés, si on la prend comme positive pour les systèmes liés usuels, genre par gravitation ou par électro-magnétisme.

    L'énergie de liaison des hadrons est donc négative. Ce qu'il fait qu'il devrait être facile de les séparer en quarks, en leur fournissant de l'énergie. Ce n'est pas ce qu'on observe, et la stabilité ne peut pas s'expliquer par le défaut d'énergie, comme pour les cas "usuels". C'est le côté énigmatique de la chose, souligné par humanino.
    Dernière modification par Amanuensis ; 18/01/2013 à 11h23.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  12. #9
    Deedee81

    Re : masse des proton et neutron ?

    Salut,

    Complément aux explications données dans ce vieux fil.

    C'est le problème, cité par mtheory, qui est dû au caractère étrange de l'interaction forte dont l'intensité augmente avec la distance (au lieu de diminuer en 1/r² comme la force de gravitation, par exemple).

    On peut en donner une analyse heuristique (j'ai vu qu'elle n'avait pas été donnée, alors, comme j'aime bien cette explication....).

    Comme l'interaction augmente avec la distance, il faut fournir de plus en plus d'énergie pour séparer les quarks. Tellement d'énergie qu'un moment, celle-ci entraine la création de nouvelles particules (exemple typique, on envoie des particules violemment sur un proton). Et on se retrouve, non pas avec des quarks isolés mais avec de nouvelles paires/trios de quarks.

    On peut par contre éloigner des paires (mésons) ou des trios (hadrons) si l'interaction est nulle, c'est-à-dire si la charge de couleur totale est nulle.

    L'effet ne se fait alors plus sentir qu'à courte distance (interaction dite nucléaire entre hardrons par exemple, notons que ce phénomène de confinement se produit aussi avec le vecteur d'échange qu'est le gluon. Dans les forces nucléaires l'échange se fait plutôt avec des pions. Mais leur masse élevée explique la courte portée de l'interaction nucléaire).

    Comme les quarks sont confinés, leur énergie totale (quarks + gluons, avec pas mal d 'énergie cinétique) peut être nettement plus grande que les masses au repos des composants sans avoir de problème de stabilité. Contrairement à ce qui se passe avec les autres interactions. Comme signalé par Amanuensis.

    Ceci reste une explication heuristique, avec les mains. On a pu calculer assez "correctement" ce qui se passe dans un hadron (les guillemets exprime que la précision obtenue est assez mauvaise, mais il y a accord qualitatif avec l'observation, c'est déjà ça). Mais les calculs sont affreux (calculs de chromodynamique sur réseau). Comme je dis parfois "bon, d'accord, l'ordinateur a compris. Maintenant, moi aussi j'aimerais bien comprendre" .

    On a encore pas mal de progrès à faire dans ce domaine. Comme le disent humanino et Amanuensis, c'est encore fort énigmatique et comme l'a dit mtheory, beaucoup de choses restent ouverte dans ce domaine (j'ai lu quelque part, il n'y a pas si longtemps, que même les aspects de convergence de la théorie n'étaient pas entièrement éclairci).
    Keep it simple stupid

  13. #10
    coussin

    Re : masse des proton et neutron ?

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    […] qui est dû au caractère étrange de l'interaction forte dont l'intensité augmente avec la distance […]
    Oui, comme un ressort quoi Pas si étrange que ça, suffit d'imaginer que les quarks sont reliés par des ressorts

  14. #11
    Deedee81

    Re : masse des proton et neutron ?

    Citation Envoyé par coussin Voir le message
    Oui, comme un ressort quoi Pas si étrange que ça, suffit d'imaginer que les quarks sont reliés par des ressorts
    C'est vrai que c'est une modélisation intuitive qui n'est pas bête

    En fait, tu ne crois pas si bien dire puisque les cordes (de la théorie du même nom) on commencé leur carrière comme ça. Elles furent introduire pour expliquer cette propriété curieuse de l'interaction forte. Peu de temps après, les développements des théories asymptotiquement libres, l'équation de Calan-Symanzik, le groupe de renormalisation et tout ça on rendu cette approche caduque (et même fausse en fait).

    Par contre, l'idée des cordes est restée. Et assaisonnées d'un peu de Kaluza-Klein et de supersymétrie, on sait quel plat extraordinaire cela a donné (même si je préfère manger des boucles et même si la théorie est encore spéculative, il faut bien dire que c'est une théorie extrêmement riche et féconde sur le plan purement théorique).
    Keep it simple stupid

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