Comment interpréter la nature des objets en physique ?

[andretou]

Franchement, vous trouvez que ça tient la route ?!

Qu'est-ce qui ne tient pas la route ?... Je ne fais que demander à connaître une démonstration.
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[coussin]

Qu'est-ce qui ne tient pas la route ?...

Est-ce que vous pensez vraiment que les particules élémentaires sont des "boîtes" qui contiennent les différents résultats de tous ce qui pourraient leur arriver, au cas où ?
Parce que c'est ce que vous dites, non ? Un proton, selon vous, contient en son sein un neutron, un électron et un antineutrino au cas où il déciderait de se désintégrer béta. Mais vous savez, au LHC on fait des collisions entre protons qui génèrent des gerbes de pleins d'autres particules fondamentales (pions, kaons, etc...) Selon vous donc, ce proton doit contenir en son sein toutes ces différentes particules, au cas où...
Il doit commencer à ne plus y avoir beaucoup de place dans ce proton avec tout ce monde

[andretou]

Parce que c'est ce que vous dites, non ?

On constate qu'un neutron se désintègre spontanément en un proton, un électron et un antineutrino (il me semble que vous avez mélangé les désintégrations béta moins du neutron et béta plus du proton).
Ce que je dis c'est : comment interpréter ce phénomène ? A priori, on peut simplement supposer que le neutron est formé d'un proton, d'un électron et d'un antineutrino . Cette supposition (à laquelle je croyais jusqu'à ce que Deedee m'apprenne dans ce fil que ce n'est pas le cas) est évidemment fausse, mais le mieux serait SVP d'en faire la démonstration.

Il doit commencer à ne plus y avoir beaucoup de place dans ce proton avec tout ce monde

Non, car dans le cas des protons du LHC, ce ne sont pas à proprement parler les protons qui donnent naissance à d'autres particules (les particules générées totalisent des énergies bien supérieures à la masse du proton), c'est l'énergie cinétique du proton elle-même qui se transforme en matière et en rayonnements lors des collisions. A la différence des protons du LHC, aucune énergie ajoutée n'entre en jeu dans la désintégration du neutron.

[Deedee81]

Salut,

Comment alors détermine-t-on V ?

Avec le principe d'incertitude.

J'ai hâte de connaître la démonstration du fait que l'électron ne peut pas être contenu dans le neutron !...

Je l'ai déjà donné mais je te laisse faire les calculs (ce n'est quand même pas si dur, c'est juste des multiplications, des additions...).

En effet ! Du coup, si le neutron se transforme en proton, et si l'électron et l'antineutrino ne sont pas contenus dans le neutron, alors ils sortent d'où cet électron et cet antineutrino ?

C'est parti un peut dans tous les sens, je répond globalement.

Il y a transformation des d qui se transforme en quark u, un électron et un anti-neutrino.
Ils sont créés ex-nihilo, comme la vague que j'avais donné en exemple (et tu n'as toujours pas répondu pourquoi ça te gênait qu'une vague apparaisse alors qu'elle n'existait pas avant). C'est plus qu'une analogie puisque en théorie quantique des champs les particules sont des perturbations (des ondes) d'un champ pré-existant, comme les vagues.

Une autre façon d'expliquer. Suppose que tu aies un atome avec un électron dans un état excité. L'électron retombe dans son état de base en émettant un photon (tout comme en physique classique une charge électrique qui change d'état de mouvement provoque l'émission d'un champ électrique et magnétique variable et donc d'une onde électromagnétique). Est-ce que l'apparition du photon te pose un problème ? Si oui, je ne vois pas pourquoi. L'analogie avec la physique classique est plus qu'une analogie encore une fois (l'électrodynamique classique est la limite classique de l'électrodynamique quantique. Et je vois pas pourquoi la variation du champ électrique, dû au déplacement de l'électron, aurait dû "préexister" ????) Et si non, alors je ne vois pas pourquoi dans le cas de l'électron et de l'anti-neutrino cela poserait problème : en physique quantique, toutes les particules élémentaires ont le même statut ontologique et seulement des propriétés différentes (les quantités telle que masse, charges, spin,... et ce n'est que ça, des étiquettes, comme la couleur d'un ballon).

Une autre façon de le voir est de dire que le quark d est un quark u excité et qu'en se désexcitant il émet un électron et un anti-neutrino. Tout comme l'atome émet un photon.
Mais je m'avance un peu car dire qu'un quark d est un état excité ne fait pas partie du modèle standard et ce n'est pas une certitude. Donc cette fois c'est vraiment une analogie

Pour une description/démonstration de ce mécanisme, il faut se tourner vers la théorie quantique des champs qui est (je le rappelle) la théorie la mieux validée de tous les temps (ce n'est pas rien ).
La désintégration du "d" en "u+e+nu" se traduit par un diagramme de Feymann (tu dois connaitre) avec création des uns et disparition de l'autre;

Concernant la création de charge et d'anti-matière dont tu parlais dans un des messages. Bon, tout d'abord, il n'y a pas de statut spécial pour l'anti-matière. Ce n'est pas une autre sorte de matière. La seule chose qui existe c'est les charges et une anti-particule ce n'est rien d'autre qu'une particule avec le signe opposé des charges (électriques et autres, faut pas les oublier, il y en a plusieurs sortes) (et en toute rigueur le spin aussi, c'est surtout important pour le neutrino à cause de l'hélicité des neutrinos et anti-neutrinos).

Et si on regarde le processus, toutes les charges (pas seulement électriques) sont préservées dans le processus d->u+e+nu(bar). Elles sont justes réparties différemment. Il n'y a ni création ni destruction mystérieuse de charges.

Un petit bémol : le processus ici fait intervenir l'interaction faible qui a la particularité de violer certaines lois de conservation (ou de symétrie, ça revient au même) : violation C, violation P, violation CP, violation du nombre ("charge) de génération (un baryon plus lourd peut se désintégrer en neutrons et protons par exemple, ce processus est toujours lié à l'interaction faible). On ne sait pas pourquoi, c'est juste un constat qu'on a intégré à la théorie. Mais heureusement, pour nous ici, avec notre bon vieux neutron, les charges sont bien toutes conservées, c'est déjà ça.

Concernant un point que tu as soulevé : la durée du phénomène. Est-ce instantané ? Oui et.... non. C'est de la pure MQ là (pas de la théorie des champs) et ce n'est jamais simple.
Le processus de désintégration du neutron est analogue à l'émission du photon par l'atome excité, il est décrit par une loi probabiliste par la mécanique quantique et a une demi-vie.
On ne peut toutefois pas parler de "durée" de la désintégration en soi car ce processus aléatoire est dit sans mémoire (processus statistique poissonien). Et si après une heure le neutron ne s'est pas désintégré, alors il a strictement la même probabilité de se désintégrer dans la minute qui suit qu'au début.

C'est plus clair si on résonne en terme de fonction d'onde. A nouveau c'est vrai tant pour l'atome que le neutron.
Si on calcule la fonction d'onde, disons de l'électron dans l'atome, la fonction d'onde complète, dépendant du temps (en général c'est impossible à la main, il faut calculer sur ordinateur). On constate que l'électron est concentré sur son orbitale excitée puis s'étale jusqu'à l'orbitale d'arrivée où elle s'y concentre de plus en plus (il y a même une fréquence de battement qui correspond à cette présence dans les deux orbitales à la fois, "comme si" l'électron oscillait entre sa position initiale et là où il va se rendre, la fréquence étant celle du photon qui va être émit. Sympa non ? Comme dans une antenne Je trouve ça assez intuitif, une oscillation avec l'électron qui stationne de plus en plus longtemps a sa position finale). Et de même pour le photon émit, étalé partout dans l'espace et le temps avec des amplitude variable qui diminuent au cours du temps.

Oui, mais lorsque je fais une mesure, une observation (de l'atome ou du neutron), la bonne vieille mécanique quantique se réveille et vient nous mettre un coup de pied dans le postérieur : et mon gars, n'oublie pas la réduction ! Bon, je vais pas plonger dans les interprétations de la MQ, c'est déjà assez compliqué comme ça ou la décohérence (pas innocente ici et pas instantanée même si elle est rapide). Mais toujours est-il qu'il y a réduction et que je vais observer l'atome excité ou désexcité avec photon émit, mais pas les deux à la fois (comme ce bon vieux matou de Schrödinger) ou le neutron ou le proton + électron + anti-neutrino mais pas un machin intermédiaire. En toute rigueur il y a état superposé a|neutron>+b|proton>|électron> |nu> avec a (b) qui diminue (augmente) au cours du temps, mais si j'observe BANG j'observe un des deux, avec les probabilités à la Born.

Quel est le lien avec les diagrammes de Feynman ? Hé bien un tel diagramme décrit un processus ponctuel : à la fois localisé et instantané. Cela serait-il contradictoire avec ce que je viens d'expliquer ? Non car un diagramme de Feynman n'est jamais tout seul, tout cru, tout nu. Ce n'est pas comme un dessin de boules de billards classiques qui se heurtent. C'est en fait une somme d'une infinité de diagrammes (pour divers processus, pour différentes impulsions et directions et, ce n'est pas flagrant, mais un diagramme de Feynman représente une interaction entre onde plane, et évidemment un neutron bien localisé est un paquet d'ondes, pas une onde plane, donc c'est aussi sommes de diagrammes avec des tas d'instants différents pour la désintégration).

Ca parait affreux (et ce n'est pas simple en effet) mais quand même pas si horrible. Un tel fourmillement de diagrammes se traduit par UN diagramme mais avec diverses variables, des intégrales associées et à nouveau au final la bonne vieille règle de Born, un calcul de demi-vie (on passe par les sections efficaces de désintégration en théorie quantique des champs). L'intégrale ce n'est jamais qu'une somme d'une infinité de chose mais c'est quand même plus facile que de faire des milliards de petits dessins . Et c'est juste une autre manière de décrire ce que j'expliquais avec l'évolution progressive de la fonction d"onde (si ce n'est que ces outils de calculs sont incontournables quand il y a création de particules. La MQ orthodoxe de Schrödinger n'est qu'une approximation et les calculs de probabilités d'émission spontanée ne sont pas toujours possibles avec rigueur, curieusement l'émission stimulée est plus simple !)

Bon, j'espère avoir été complet. Comme tu vois, c'est pas si compliqué (sic) si ce n'est que derrière ton interrogation il y a toute la MQ et toute la théorie des champs qui se cache, au bas mot trois ans d'études intensives au minimum. Donc tu nous pardonneras si c'est un peu délicat à vulgariser

[andretou]

Merci Deedee pour tes explications aussi développées que matinales !

Alors de mon côté j'ai essayé de déterminer l'énergie de l'électron qui serait animé d'un mouvement à l'intérieur du neutron, à partir de la relation d'incertitude

Pour je prends le diamètre du neutron (apparemment Wikipedia ne donne pas de valeur pour la taille du neutron, bizarre, alors je prends le diamètre du proton)... et après avoir remplacé les différentes valeurs, je trouve

Autrement dit, l'incertitude sur la vitesse de l'électron est supérieure à c !
De ce fait, s'il se déplaçait librement à l'intérieur du neutron, l'électron pourrait avoir une énergie infinie !!!

Donc, conclusion : soit il n'y a pas d'électron dans le neutron, soit il ne se déplace pas librement (voire pas du tout ?)...
Cela vous paraît-il correct ?

[Deedee81]

Cela vous paraît-il correct ?

Non, il faut prendre en compte la relativité (bigzouille, j'aurais dû y penser, désolé).

Ca ne simplifie pas les choses.
Mais il suffit de travailler avec l'impulsion.
Donc prendre cette vitesse V que tu as obtenues multipliée par la masse (puisque c'est la formule que tu as utilisé) :
p = mV

Ensuite tu peux en déduire l'énergie cinétique correspondante et diviser par c² pour avoir l'augmentation de masse due à cet électron.
C'est-à-dire utiliser E²=m²c^4+p²c²
puis diviser E par c² et hop.

On peut alors comparer à la différence de masse entre proton et neutron (ça, c'est dans wikipedia).

(j'avoue ne jamais avoir fait le calcul, on va donc vérifier si ce que j'ai lu est vrai et donc si je n'ai pas dit une énorme co....rie).

[ansset]

@Deedee:
je ne sais même pas si ce type de calcul a un sens dans la mesure ou l'électron N'EST PAS dans le proton, à l'instar d'une bille de billard rebondissant sur les quarks.
les explications précédentes me semblait plus clairs et bien suffisantes.
de plus , faire intervenir la relativité lié à la vitesse de l'électron ne peut ( sentiment personnel ) que semer la confusion.

[andretou]

je ne sais même pas si ce type de calcul a un sens dans la mesure ou l'électron N'EST PAS dans le proton

Comment le sais-tu ? C'est justement ce que l'on cherche à établir de manière formelle !

[andretou]

@Deedee:
je ne sais même pas si ce type de calcul a un sens dans la mesure ou l'électron N'EST PAS dans le proton

Personne n'a dit que l'électron est dans le proton. Tu voulais sans doute dire "l'électron n'est pas dans le NEUTRON" ?

[Deedee81]

Comment le sais-tu ? C'est justement ce que l'on cherche à établir de manière formelle !

Là je suis d'accord avec toi. Il y a eut mauvaise compréhension, ça arrive

[andretou]

Non, il faut prendre en compte la relativité (bigzouille, j'aurais dû y penser, désolé).

Ca ne simplifie pas les choses.
Mais il suffit de travailler avec l'impulsion.
Donc prendre cette vitesse V que tu as obtenues multipliée par la masse (puisque c'est la formule que tu as utilisé) :
p = mV

Ensuite tu peux en déduire l'énergie cinétique correspondante et diviser par c² pour avoir l'augmentation de masse due à cet électron.
C'est-à-dire utiliser E²=m²c^4+p²c²
puis diviser E par c² et hop.

On peut alors comparer à la différence de masse entre proton et neutron (ça, c'est dans wikipedia).

(j'avoue ne jamais avoir fait le calcul, on va donc vérifier si ce que j'ai lu est vrai et donc si je n'ai pas dit une énorme co....rie).

Alors d'après mes calculs précédents, la vitesse maximum de l'électron autorisée par le principe d'incertitude est c.
Donc p = mc
Donc E² = m²c⁴ + m²c⁴
Ainsi E² = 2m²c⁴
D'où

Dans l'hypothèse où le proton, l'électron et l'antineutrino seraient contenus dans le neutron :
- énergie du proton = 938,3 MeV
- énergie de l'électron (se déplaçant à c) = 0,7 MeV (511 keV x 1,414)
- énergie de l'antineutrino = 2,5 eV

A eux trois, le proton, l'électron (se déplaçant à c) et l'antineutrino totalisent donc 939 MeV, tandis que l'énergie du neutron est de 939,6 MeV

CONCLUSION : d'après mes calculs, il y a assez d'énergie dans le neutron pour contenir un proton, un électron se déplaçant à c, et un antineutrino...
Pouvez-vous SVP vérifier ?

[ansset]

Donc il n'y aurait plus de quark d dans le neutron, uniquement le même quark u ( du proton) + un electron et un anti-neutrino qui se baladeraient.
voilà qui fera plaisir aux physiciens des particules.
n'est ce pas de l'ordre du truc perso cette idée ?

[andretou]

Donc il n'y aurait plus de quark d dans le neutron, uniquement le même quark u ( du proton) + un electron et un anti-neutrino qui se baladeraient.
voilà qui fera plaisir aux physiciens des particules.
n'est ce pas de l'ordre du truc perso cette idée ?

Il doit bien y avoir une preuve quelque part que le neutron ne contient pas d'électron, non ? Tu ne veux pas essayer de la trouver avec nous ?

[Amanuensis]

Il y a plein de «preuves».

On trouve un accélérateur de particules libre quelque part, et quelques heures pour des manips et dépouiller les résultats, on potasse le boulot de Gell-Mann et d'autres, et on vérifie les preuves...

Facile.

[andretou]

Attendez les gars ! La théorie des quarks est évidemment le meilleur modèle que nous ayons sur la structure des nucléons.
Mais il doit bien y avoir un calcul ou une expérience qui prouve que le neutron ne peut pas contenir d'électron, non ?
On doit bien pouvoir invalider l'idée selon laquelle l'électron est présent dans le neutron autrement qu'en invoquant la théorie des quarks, quand même...

[ansset]

OK, jouons le jeu deux minutes.
si c'est un électron , il est chargé positivement, et le reste négativement, le tout s'équilibrant.
la proximité ( distance )serait telle entre les deux que je n'ose calculer l'énergie d'intéraction lui correspondant.
voilà, les deux minutes sont passées.

[Amanuensis]

C'est de l'énergie en moins (attractif) donc de la masse en moins ; ça va pas dans le sens qu'il faudrait pour une «preuve».

[ansset]

je pensais à l'énergie EM.
mais bon, le "jeu" ne m'intéresse pas trop.
on a déjà perdu un quark dans l'histoire

[coussin]

C'est quoi sensé balancer la charge électrique de l'électron, dans le neutron ? Le proton ? Le proton est dans le neutron ?!

[andretou]

C'est quoi sensé balancer la charge électrique de l'électron, dans le neutron ? Le proton ? Le proton est dans le neutron ?!

La question n'est pas ici d'échafauder une contre-théorie fumeuse sur la composition du neutron...
La question est : pourquoi est-il impossible qu'il y ait un électron dans le neutron ?
Car si l'on démontre qu'il ne peut pas y avoir d'électron dans le neutron, alors cela ouvre de fantastiques interrogations quant à l'origine de l'électron éjecté lors de la désintégration du neutron...

[XK150]

Peut être que ce sera plus digeste ici ????

https://www.physicsforums.com/thread...electron.5979/

[Amanuensis]

Non, cela donne des arguments tous déjà donnés dans ce fil.

Andretou cherche une règle d'interdiction simple, qui viendrait d'hypothèses fondamentales (et non pas d'expérimentations compliquées qui réfuteraient l'hypothèse). Perso, je n'en connais pas.

[ansset]

Andretou cherche une règle d'interdiction simple, qui viendrait d'hypothèses fondamentales (et non pas d'expérimentations compliquées qui réfuteraient l'hypothèse). Perso, je n'en connais pas.

d'autant que je sais même pas si on peut affirmer que si ( dans le champs des possibles de sa fonction d'onde ) il ne puisse pas traverser le noyau par "moments" !
ceci dit, à l'inverse , je ne sais par quel principe quantique un électron serait piégé dans un noyau.

en conclusion, je classe cela sous le sceau de la théorie personnelle en contradiction avec nos modèles actuels.

[coussin]

La question n'est pas ici d'échafauder une contre-théorie fumeuse sur la composition du neutron...
La question est : pourquoi est-il impossible qu'il y ait un électron dans le neutron ?
Car si l'on démontre qu'il ne peut pas y avoir d'électron dans le neutron, alors cela ouvre de fantastiques interrogations quant à l'origine de l'électron éjecté lors de la désintégration du neutron...

La question basique de la charge électrique me semble pertinente. Un neutron est neutre. Si vous supposez qu'il y a un électron dans ce neutron, pourquoi le neutron n'est-il pas chargé négativement ?

[Deedee81]

La question basique de la charge électrique me semble pertinente. Un neutron est neutre. Si vous supposez qu'il y a un électron dans ce neutron, pourquoi le neutron n'est-il pas chargé négativement ?

Il se demandait plutôt si un neutron n'était pas un état lié (mais instable) proton + électron + neutrino.

[andretou]

La question basique de la charge électrique me semble pertinente. Un neutron est neutre. Si vous supposez qu'il y a un électron dans ce neutron, pourquoi le neutron n'est-il pas chargé négativement ?

La théorie des quarks nous indique que le neutron est GLOBALEMENT neutre, composé de deux quarks down chargés négativement et d'un quark up chargé positivement. Ainsi, même dans le modèle des quarks, il y a bel et bien présence de charge positive et de charge négative au sein du neutron.

[ansset]

Il se demandait plutôt si un neutron n'était pas un état lié (mais instable) proton + électron + neutrino.

il propose en effet que la charge du neutron soit neutre avec la présence d'un électron qui vient compenser la charge du proton.
mais alors d'où viendrait la charge du proton ? il serait lui aussi composé d'un truc neutre + positron ??
ça commence à faire du monde la dedans , et le raisonnement finirait par tourner en boucle.

[Amanuensis]

Faut prendre la question comme elle est, et ne pas entrer la conclusion connue dans les réponses! (Ce qui n'est qu'une manière bien compliquée de dire «c'est comme ça».)

L'hypothèse, soutenue par la différence de masse, est que le proton est élémentaire (ainsi que électron et anti-neutrino) et que le neutron est un assemblage des trois.

La question est de proposer une réfutation partant d'hypothèses fondamentales, et non de résultats d'expérimentation ou de la conclusion connue [qui est qu'un neutron (ou un proton) est un assemblage de trois quarks].

Je comprends qu'Andretou répète et répète, la plupart des réponses étant des «c'est comme ça», qui ne répondent pas à la question telle que posée.

[Deedee81]

AH OUI ! Merci ansset.

Andretou,

A condition de fournir l'énergie (une "simple" collision suffit). On peut avoir :

nu = neutrino ou antineutrino
e+ = positron

n -> p + e + nu
p -> n + e+ + nu
n-> p + e + nu

etc... etc... etc....
Il est évidemment faux de dire que le neutron initial contient des centaines et des centaines d'électrons, de positrons et de neutrinos.
Il y a forcément création ex nihilo.
(en pratique on a plutôt ça avec des collisions ultraviolentes et une cascade de désintégrations, comme avec le LHC)
(et la désintégration bêta+, avec le proton, ne se produit naturellement qu'avec certains noyaux, l'énergie venant des liaisons nucléaires)

Comme pour les vagues (andretou, tu n'as toujours pas répondu à ce sujet, j'ai posé trois fois la question. Au pire répond "je ne sais pas", mais répond s'il te plaît).

Si toutes ces particules sont créées de rien, pourquoi pas tous ces électrons et donc la désintégration bêta. Evidemment, ça, ça ne constitue pas une preuve. Mais ça valide à coup sûr le fait que la création ex nihilo n'est pas absurde !!!!!

EDIT croisement avec Amanuensis : une démonstration facile à comprendre, partant des principes premiers, c'est peut-être possible. Mais je ne sais pas comment faire.

[Amanuensis]

Non

Si on suppose le proton élémentaire, p + énergie -> n + e+ + nu peut s'interpréter comme énergie -> e- + e+ + nu + anti-nu, et n est le résultat de l'amalgame (p, e-, antinu)

Suffit donc d'admettre comme mode de «création» la transformation de l'énergie en paires d'anti-particules.