Composition d'un électron, quarks

[Jiraiyasaama]

Bonjour à tous,
Il y a peu, je me suis posé quelques questions et utilisant un RMN, et depuis ces questions m'empêchent de dormir... En soit, une molécule est composé d'atomes et ces atomes d'électrons chargés négativement, et des protons positivement, et des neutrons neutres, ok jusque là c'est facile et basique. Mais un électron, c'est une particule qui est composé de quoi? qu'est ce qui est dans cet électron? Est-ce que les électrons ont tous la même taille? il y a une infinité d'électrons qui existe, on peut affirmer qu'ils ont tous la même taille, le même poids? Les protons sont composés de quarks up, et down, mais les quarks, qu'est ce qui les compose? Est-ce qu'il y a des différences entres les quarks d'un proton à un autre?

Désolé pour toutes ces questions, de base je m'étais posé ces questions en me penchant sur les spin etc...

J’espère que vous pourrez répondre à mes questions, en vous remerciant en avance,
cordialement
-----

[Deedee81]

Salut,

A notre connaissance, ce sont des particules élémentaires, ponctuelles et sans structure interne. Ils ne sont composé que d'eux-mêmes.

[Jiraiyasaama]

Merci pour la réponse,

Bien que j'essaie de me faire à cette idée, on peut donc conclure que les électrons sont tous les mêmes? Comment est-ce possible d'avoir une production (une autre question : comment ils sont produits , électrons, protons, etc,...) totalement identique? Dans ce cas tous ce qui nous entour est composé de la même chose. On a plus besoin de parler d'atomes différents car en soit, ce qui diffère de l'un à l'autre est juste le nombre de protons, etc, alors que leurs compositions est la même!?

J'ai posé la question ici, car au travail, personne n'a pu me répondre, mais en tant que chimiste, je me suis dit que c'est quand même important de comprendre un minimum sur ce quoi on travaille.

Merci pour vos réponses.

[XK150]

Bonjour ,
C'est la base du tableau de Mendeleïev ... Vous devez quand même en avoir entendu causé si vous êtes chimiste ???
Tous les atomes des différents éléments sont constitués de protons , de neutrons , et d'électrons , tous identiques , en nombre différent .
Personne (?) ne sait les produire ,
ils sont là depuis la nuit des temps ( ) et ceux qui nous arrivent du Ciel ( ) sont aussi identiques bien que partis ,depuis des milliards d'années avant de nous arriver ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jiraiyasaama]

Bien entendu je connais ce tableau. Le fait d'accepter sans forcément comprendre les mécanismes à l’intérieur des atomes, que ce soit au niveau des électrons, des photons, des quarks, etc,... M'embête un peu.

[XK150]

Re .
Ah , mais vous pouvez chercher à comprendre ... Vous allez arriver aux quarks et à ce qui les lie :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Atome
https://fr.wikipedia.org/wiki/Électron
https://fr.wikipedia.org/wiki/Quark
Vous pouvez ajouter les pages WIKI sur le proton et le neutron que j'ai oubliées .
Si vous assimilez tout cela , il restera beaucoup moins d'inconnus .

[Deedee81]

Deux petites remarques :
Oui les électrons sont tous les mêmes, sinon sans ça le principe d'exclusion ne s'appliquerait même pas.
Et le fait qu'il soient identiques est juste un constat, on ne l'explique pas (sauf peut-être par la théorie des cordes, quantification des vibrations de cordes, mais ça reste encore spéculatif).

Pour les atomes voir les réponses de XK150.

[albanxiii]

Comme disait Feynman (en tout cas ça lui est attribué), c'est la physique qui est comme ça, on ne sait pas pourquoi les choses sont telles qu'elles sont, et "si cela ne vous plait pas, changez d'univers". Personnellement je laisse ces questions aux philosophes.

Mais rien ne vous empêche de proposer un modèle dans lequel les électrons et les quarks ne sont pas des particules élémentaires, d'en déduire les conséquences et de retrouver toute la physique connue. Mais on vous demandera alors si "vos" particules élémentaires ne seraient pas composites elles mêmes, par hasard...

[Deedee81]

Salut,

"si cela ne vous plait pas, changez d'univers"

Mais rien ne vous empêche de proposer un modèle dans lequel les électrons et les quarks ne sont pas des particules élémentaires, d'en déduire les conséquences et de retrouver toute la physique connue.

Info pour Jiraiyasaama :

Attention, pas ici. Ne pas oublier le point 6 de la charte. Il faut éviter les théories personnelles.
J'aimerais juste noter que ce genre de tentative a été faites sans grand succès. C'est les différents modèles de partons. Plus dans votre wikipedia préféré

Mais on vous demandera alors si "vos" particules élémentaires ne seraient pas composites elles mêmes, par hasard...

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

[albanxiii]

Bonjour,

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

C'est pour cela que je préfère laisser ces questions aux philosophes

En aparté, j'ai lu un article dans PLS il y a un moment où il était question d'un modèle dans lequel les quarks seraient composés d'autres particules. En cherchant j'ai retrouvé : http://www.pourlascience.fr/ewb_page...arks-31490.php

[Deedee81]

C'est un des modèles de préons (me suis mélangé les langues et mon doigt a fourché, préon : général, parton : particulier).

Je donne aussi quelques liens :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A9on
https://fr.wikipedia.org/wiki/Parton
https://fr.wikipedia.org/wiki/Rishon

[Deedee81]

A noter que le modèle octet fut lui aussi de ce type tout au début (composition des hadrons en quarks). Mais lui fut vite fécond et confirmé.
Cela ne semble pas vraiment être le cas des modèles plus "profonds" mais l'avenir reste ouvert.

[Jiraiyasaama]

Merci à tous pour vos réponses,
Je vois finalement que ce sujet et ces questions ne sont donc pas résolus et donc je ne trouverai pas la vérité absolue (d'ailleurs, en sciences en trouvant une réponse, 3 autres questions apparaissent...). Je vais directement m'orienter dans le département physique des particules de mon établissement, eux pourront peut-être m'expliquer les grandes lignes. En tout cas merci beaucoup pour votre réactivité!

[andretou]

Mais un électron, c'est une particule qui est composé de quoi? qu'est ce qui est dans cet électron?

Bonjour Jiraiya
Pour compléter les réponses précédentes, voici quatre faits intéressants qui peuvent peut-être alimenter ta réflexion :
1/ quand on met en présence un électron et un antiélectron, l'un et l'autre disparaissent et à la place on obtient 2 photons, c'est-à-dire de l'énergie pure !
2/ quand un neutron se désintègre (spontanément), il donne notamment un électron et un proton ; mais ni l'électron ni le proton n'étaient contenus dans le neutron, tout indique qu'ils sont formés lors de la désintégration du neutron !
3/ quand on bombarde des noyaux avec des protons, on obtient parfois des électrons (alors qu'il n'y a aucun électron ni dans les noyaux ni dans les protons) !
4/ il est établi qu'un électron peut en même temps se trouver à 2 endroits différents ou plus (comme tout objet quantique du reste) et avoir 2 vitesses différentes ou plus !

A partir de ces constats, il est légitime de s'interroger comme tu le fais sur la nature énigmatique de l'électron. Certes l'électron est constitué d'énergie, mais cette énergie adopte ici un état spécifique incroyablement complexe qui confère à l'électron des caractéristiques particulières telles que sa masse, sa charge, etc.
La question devient alors : pourquoi et comment l'énergie se met-elle dans un état pareil que l'on appelle tantôt "électron", tantôt "quark", tantôt "photon" ? Comme tout le monde depuis Platon et Aristote (sauf Niels Bohr !), tu supposes qu'il y a nécessairement une causalité sous-jacente derrière tout phénomène, et qu'il y a donc nécessairement une explication (connue ou cachée) au comportement mystérieux de l'électron comme de toute particule quantique, explication qu'Einstein désignait d'ailleurs par le terme de "variables cachées".
Hélas, une expérience stupéfiante réalisée en 1982 (et de nombreuses fois reproduite depuis) a démontré qu'en ce qui concerne le comportement des objets quantiques il n'existe pas de variables cachées !
Autrement dit, on doit malheureusement admettre qu'il n'existe pas d'explication au fait que les particules se comportent comme elles se comportent, ni a fortiori au fait qu'elles sont comme elles sont...

[Nicophil]

Bonjour,

4/ il est établi qu'un électron peut en même temps se trouver à 2 endroits différents ou plus (comme tout objet quantique du reste) et avoir 2 vitesses différentes ou plus !

Non, la MQ orthodoxe dit qu'il est possible qu'un électron passe par les deux fentes... mais dit aussi qu'un électron passe par une seule fente, pas par les deux à la fois !

[albanxiii]

Bonjour,

3/ quand on bombarde des noyaux avec des protons, on obtient parfois des électrons (alors qu'il n'y a aucun électron ni dans les noyaux ni dans les protons) !

Il faut quand même mentionner que la charge électrique totale est conservée.

4/ il est établi qu'un électron peut en même temps se trouver à 2 endroits différents ou plus (comme tout objet quantique du reste) et avoir 2 vitesses différentes ou plus !

Non. La mécanique quantique dit qu'une particule peut se trouver dans un état qui est une superposition d'états de base. Elle (la MQ) permet de calculer l'évolution d'une telle particule et de prédire des résultats de mesure. Mais à ce moment là, la particule n'a qu'une vitesse et qu'une position, pas deux. Les états superposés ne sont pas observables directement.

Autrement dit, on doit malheureusement admettre qu'il n'existe pas d'explication au fait que les particules se comportent comme elles se comportent, ni a fortiori au fait qu'elles sont comme elles sont...

Tout à fait d'accord !

[andretou]

Non. La mécanique quantique dit qu'une particule peut se trouver dans un état qui est une superposition d'états de base. Elle (la MQ) permet de calculer l'évolution d'une telle particule et de prédire des résultats de mesure. Mais à ce moment là, la particule n'a qu'une vitesse et qu'une position, pas deux. Les états superposés ne sont pas observables directement.

Je pense que nous sommes d'accord, lorsque l'on fait une mesure sur une particule, un seul état, une seule position, se manifeste. Le résultat obtenu est en effet fonction d'une densité de probabilité déterminée par l'équation de Schrödinger.
Poutant, et j'en profite pour répondre par la même occasion à Nicophil, l'expérience des fentes de Young réalisée avec un seul électron (ou un seul photon) à la fois (mais répétée un grand nombre de fois) révèle que l'électron (ou le photon) diffracte (les impacts forment en effet progressivement des franges d'interférence sur la cible), preuve me semble-t-il que la particule passe en même temps par les deux fentes.
A contrario, quand il n'y a qu'un seul trou, aucune frange d'interférence n'apparaît.
Comment interpréter ces franges d'interférence sinon par le fait que les électrons (ou les photons) passent par les deux fentes en même temps ?
"Autrement dit, le quantum passerait par les deux fentes à la fois, et interfèrerait avec lui-même."
https://fr.wikipedia.org/wiki/Fentes....A9nom.C3.A8ne
Deedee, ton avis, por favor !

[Nicophil]

révèle que l'électron (ou le photon) diffracte (les impacts forment en effet progressivement des franges d'interférence sur la cible),

Ce n'est certainement pas la particule qui diffracte.

[Deedee81]

Salut,

Les états superposés ne sont pas observables directement.

Attention, il est quand même possible (au moins formellement) d'avoir un observable dont le résultat est (en valeur propre) +1 si l'état est superposé, 0 sinon. Petite amusette signalée par Rovelli dans son article sur l'analyse relationnelle sur ArXiv.

Mais je n'ai pas d'implémentation pratique en tête. A réfléchir (il me semble avoir lu un opérateur quantique de ce type dans les algos quantiques, mais je n'arrive plus à me souvenir où et ma mémoire peut me tromper).

EDIT Pour discuter une fois de décohérence, j'avais discuté une fois des mélanges de sucres qui provoquent une rotation du plan de polarisation. Les sucres L(évogyre) et D(extrogyre). On peut avoir des états |L>+|D> et |L>-|D>, la base étant arbitraire, je peux même les appeller disons |ld> et |LD> et considérer que ce sont les états L et D qui sont superposés. Je peux construire un dispositif de mesure et de tri de des molécules dans l'état |ld> (en fait en utilisant des polarisations circulaires si j'ajoute un complexe dans la combinaison, sinon en pratique ça reste juste une expérience de pensée). Mais très rapidement la solution sucrée |ld> pure devient un mélange |ld>, |LD> et ce phénomène est dû à la décohérence qui privilégie les bases |L> et |D>.

Mais ça montre combien ces notions de "superposition" peuvent être ambigües si on ne définit pas les bases de travail et combien ces raisonnements sont "pollués" par l'existence des bases privilégiés qui nous semblent "naturelle" comme la base position (même au niveau microscopique.... ce qui, là, est faux !)

[Deedee81]

Ce n'est certainement pas la particule qui diffracte.

Erreur de vocabulaire ou lapsus. Andretou voulait probablement dire "diffuse".

[Jiraiyasaama]

Merci à vous d'avoir complété les réponses, et grâce à vous, je me questionne encore plus sur ce sujet. Je vois que je ne suis pas le seul à avoir ces réflexions, et ça me rassure car finalement ce n'est pas complètement idiot.
Pour les 3 premières "affirmations" que vous m'avez donné, vous savez d'où cela provient? Les expériences réalisées et par qui?

[andretou]

Pour les 3 premières "affirmations" que vous m'avez donné, vous savez d'où cela provient? Les expériences réalisées et par qui?

Pour les 2 premières affirmations il te suffit de regarder sur Wikipedia aux articles "antimatière" et "désintégration béta".
Je tiens la troisième affirmation concernant l'apparition d'électrons lors de bombardement de noyaux par des protons d'un échange d'email avec Mr Patrice Verdier, un spécialiste de la physique des particules.
https://www.ipnl.in2p3.fr/spip.php?article1933

Andretou : Puis-je encore vous demander si le fait de bombarder des noyaux avec des protons ne fait apparaître aucun électron, alors cela démontre formellement que le neutron ne contient pas d’électron ?

Patrice Verdier : C’est plus compliqué que cela:
l’interaction d’un proton avec un noyaux est très complexe, et il existe
en fait une multitude de processus, dont certains qui peuvent mener
à des électrons dans l’état final: mais ces électrons sont créés par cette
interaction proton-noyaux, ils ne pre-existent pas dans le noyaux.

[Deedee81]

ça me rassure car finalement ce n'est pas complètement idiot.

Comme on dit, une question n'est jamais idiote (mais les réponses parfois, si)
(ceci dit, attention, car on a vite fait d'inclure une affirmation à l'intérieur d'une question. Et ça, ça a tendance à faire bondir quand l'affirmation est, disons, contraire à ce qui est scientifiquement connu).

[Quarkonium]

C’est plus compliqué que cela:
l’interaction d’un proton avec un noyaux est très complexe, et il existe
en fait une multitude de processus, dont certains qui peuvent mener
à des électrons dans l’état final: mais ces électrons sont créés par cette
interaction proton-noyaux, ils ne pre-existent pas dans le noyaux.

Rappelons-nous tout de même que le proton et le neutron ne sont pas un simple assemblage de trois quarks (dits de valence), mais contiennent également une "mer" de particules qui se créent et s'annihilent en permanence. Ces particules sont pour la très grande majorité des quarks et des gluons, du fait de la prédominance de l'interaction forte.

Mais les quarks portent une charge électrique et sont donc sensibles à l'interaction électromagnétique ; ils sont donc capables de générer des photons et des électrons, par exemple. Une toute petite partie de la mer de particules contenues dans les protons et neutrons est donc aussi faite de photons et d'électrons.

Plusieurs équipes ont déjà proposé par exemple de mesurer le contenu de photons dans le proton au LHC, car pour certaines comparaisons théorie/expérience de très haute précision, cette toute petite contribution pourrait tout de même jouer un rôle significatif.

Tout cela est bien sûr à relativiser, dire que les nucléons ne contiennent pas d'électrons est une approximation plus que suffisante dans 99,99% des cas.

[Deedee81]

Tout cela est bien sûr à relativiser, dire que les nucléons ne contiennent pas d'électrons est une approximation plus que suffisante dans 99,99% des cas.

Je pense qu'il faut juste préciser "pas d'électron réel" (v.s. les électrons virtuels).

Ton explication me rappelle ce qu'a dit un autre contributeur dans un autre fil : l'intérieur d'un proton, c'est le foutoir

[Quarkonium]

Je pense qu'il faut juste préciser "pas d'électron réel" (v.s. les électrons virtuels).

Effectivement, mais les partons eux-mêmes étant toujours confinés, jamais rien ne nous oblige à les mettre rigoureusement sur la couche de masse, alors qu'est-ce qui est réel dans le proton...

Ton explication me rappelle ce qu'a dit un autre contributeur dans un autre fil : l'intérieur d'un proton, c'est le foutoir

Ça résume bien la situation en effet

[Deedee81]

Effectivement, mais les partons eux-mêmes étant toujours confinés, jamais rien ne nous oblige à les mettre rigoureusement sur la couche de masse

Ah ? J'ai appris quelque chose. Le confinement (celui de l'interaction forte) fait "sortir" les particules de leur couche de masse ? Même les quarks ?

EDIT ne répond pas, je viens de tilter. Oui, évidemment. C'est assez fou quand on y pense.

[andretou]

Le confinement (celui de l'interaction forte) fait "sortir" les particules de leur couche de masse ? Même les quarks ?

EDIT ne répond pas, je viens de tilter. Oui, évidemment. C'est assez fou quand on y pense.

Qu'est-ce que c'est que la couche de masse svp ? Et pourquoi est-ce si extraordinaire pour une particule d'en sortir ?...

[Jiraiyasaama]

Quarkonium, merci de participer aux réponses qui, je me répète, me sont toutes très utiles. Quand vous dites "une "mer" de particules qui se créent et s'annihilent en permanence", vous voulez dire, pardonnez moi mon bas niveau, que des quarks se créent à l'intérieur des protons et des neutrons? Mais qu'est ce qui génèrent cette création? Ils sont chargés en énergie, ou l'énergie déjà "présente" permet leur création?
Jusqu'où, aujourd'hui nous pouvons aller dans la "manipulation" de ces particules?
Merci beaucoup

[Quarkonium]

La physique des particules est basée sur la Théorie Quantique des Champs (TQC) : une monstrueuse combinaison de la mécanique quantique et de la relativité restreinte.

Cette TQC permet de quantifier les champs associés aux interactions fondamentales. Ainsi par exemple, l'interaction électromagnétique (EM) entre deux électrons peut être vue comme un échange entre eux de "particules de champ EM". Il s'avère que la "particule" (ou quantum) associée au champ EM est un photon virtuel : ça ressemble à un photon, ça a les nombres quantiques d'un photon, mais ce n'est pas un photon !

Pourquoi cela ? Parce qu'un photon réel est de masse nulle : on dit qu'il est sur la couche de masse. Un photon virtuel n'a pas à respecter cette contrainte, et il peut même peser très lourd. Mais plus il sera loin de la masse réelle (0 pour le photon), moins il existera longtemps ; il restera inobservable (et c'est normal puisqu'il n'est qu'un objet mathématique VIRTUEL qui représente l'interaction entre d'autres particules bien réelles).