Forme volumique des particules ?

[Quentin2]

Bonsoir,

Une particule atomique a-t-elle une forme dans l’espace déterminé à un instant donné ?
Une particule atomique a-t-elle une "consistance" ?

Si oui :

Avec qu'elle objet classique pourrait on en faire l'analogie ?

Si oui :

Quelles seraient les différences de comportements et d'interactions entre par exemple un proton patate1 et un proton patate2 si l'on prend en compte les quantités de mouvements ?

Etant moi même simple concepteur numérique 3D une dernière question s'impose : Les questions précédentes ont elle une pertinence quelconque ? Ou font elles suite à une ignorance casi-total du sujet?

Merci d'avance
Quentin
-----

[albanxiii]

Bonjour et bienvenue sur le forum,

Qu'appelez-vous "particule atomique" ? Cela n'est pas un terme usuel en physique, avant d'aller plus loin il faut définir précisément ce dont on parle. Pour éviter les malentendus.

@+

[Quentin2]

Bonjour et merci,

Alors par particules atomiques je pensais surtout aux protons et neutrons voir même aux électrons.
Ou plutôt : peut-on dire qu’a partir du moment où un corps a une masse, il possède de ce fait une forme géométrique?
Aucun contre exemple ne me vient dans le référentiel macroscopique pour les objets «*solides*».

Merci de votre réponse.
Quentin

[XK150]

Bonjour ,
Pour les interactions proton- proton , il peut se passer des milliards de choses …Tout dépend des énergies mises en cause .
A haute énergie , en résumé , on fabrique des faisceaux de particules secondaires généralement très instables , qui intéressent beaucoup les physiciens .
Un exemple au hasard venant du LHC : http://homepages.ulb.ac.be/~lfavart/...-477.Chap5.pdf
Oui , cela devient très vite une affaire de spécialistes ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[XK150]

Les nucléons n'ont pas de forme volumique , géométrique définie .
Pour les protons , on donne au mieux un rayon moyen de la répartition de la charge électrique ; rayon moyen implique que cette valeur fluctue .
http://voyage.in2p3.fr/nucleons.html

[Deedee81]

Salut,

Les particules élémentaires, vraiment élémentaires : quarks, gluons, électrons, neutrinos,.... sont considérées comme ponctuelles. Elles sont modélisées comme telles par la théorie quantique des champs et les expériences faites à très haute énergie (collisions aux LHC), ce qui revient à parler de distances très très petites, vont jusqu'ici dans ce sens.

On peut parler aussi de section efficace de collision. C'est "comme si" on assimilait la particule à une petite bille dure et cela permet de quantifier facilement le résultat. On peut ainsi assimiler l'électron, qui porte une charge électrique, a une boule chargée ayant un rayon donné (dit rayon électromagnétique ou classique de l'électron), mais ce rayon varie avec l'énergie de collision et ça illustre surtout les effets de l'interaction électromagnétique plutôt qu'une certaine "forme" de l'électron.

Concernant les particules composites : protons, neutrons, mésons, etc.... elles sont composées de quarks et gluons qui occupent une certaine place. La taille est assez bien définie (avec toute la prudence de mise en mécanique quantique) et de forme sphérique (mais aux bords flous, la structure se sonde assez bien avec des électrons à haute énergie).

On a la même chose pour un noyau d'atome ou un atome. Sauf que là, selon la composition du noyau ou selon les remplissages des orbitales électroniques, on peut avoir des formes très exotiques : en forme de sablier, de trèfle, .... Un bon exemple ici pour le noyau : http://planete.gaia.free.fr/sciences...es/noyaux.html où on voit que le noyau de carbone douze, par exemple, est loin de ressembler à un ballon de foot ! Ou pour les atomes (orbitales électroniques) : https://fr.wikiversity.org/wiki/Intr...ales_atomiques

C'est d'ailleurs ces formes complexes des orbitales électroniques qui donne toute sa richesse à la chimie (simples liaisons, doubles liaisons, etc...)

[Quentin2]

Merci pour ces explications !

Ça me semble très compliqué à comprendre à à mon niveau.

Je me disais simplement qu’une forme volumique complexe, lorsqu’elle tourne sur trois axe, donne une sphère à bords flous si on la prends en photo pendant un laps de temps.
De même qu’ une sphère lisse, c’est la représentation la plus courante que l’on retrouve en classe de niveau moyen et pour le grand publique.
D’où mes questions précédentes...
La connaissance actuelle de ces objets relève d’un niveau au delà de ma compréhension !

«*Dessine moi un proton*»<=> doctorat en physique nucléaire

Quentin
Merci pour vos réponses

[coussin]

Il y a un débat dans la communauté scientifique, depuis une dizaine d'années, sur la taille du proton (le problème du rayon du proton)

[Deedee81]

Ça me semble très compliqué à comprendre à à mon niveau.

Il y a en effet derrière cette question la mécanique quantique + un peu d'autres choses.
Ca peut faire beaucoup !

«*Dessine moi un proton*»<=> doctorat en physique nucléaire

Je vais te surprendre, mais je ne suis pas docteur et même pas physicien
Je suis informaticien au Ministère de l'Agriculture.
(mais j'ai une formation d'ingénieur civil + énormément d'auto-formation en physique. Tout s'apprend....).

Il y a un débat dans la communauté scientifique, depuis une dizaine d'années, sur la taille du proton (le problème du rayon du proton)

Pour info : https://fr.wikipedia.org/wiki/Probl%...ille_du_proton

Le problème/mystère n'est toujours pas résolu et beaucoup de pistes restent ouvertes.

Pourtant la taille du proton je la connais avec précision, c'est : petit.

[albanxiii]

Re,

Alors par particules atomiques je pensais surtout aux protons et neutrons voir même aux électrons.
Ou plutôt : peut-on dire qu’a partir du moment où un corps a une masse, il possède de ce fait une forme géométrique?
Aucun contre exemple ne me vient dans le référentiel macroscopique pour les objets «*solides*».

Merci pour les précisions.
On ne peut pas comparer des objets considérés comme des particules élémentaires (plus ou moins, en ce qui concerne les protons et les neutrons) et des corps macroscopiques. Ils n'obéissent pas aux mêmes lois physiques.

Pour votre question sur la forme des particules atomiques, me réponse sera qu'on n'en sait rien et qu'on ne le saura jamais.
Ce que fait la physique c'est définir des théories et des modèles qui permettent d'expliquer ce qu'on observe dans des expériences. Si les expériences collent à la théorie, on garde la théorie. Sinon on la change.
Dans les théories actuellement acceptées, les particules élémentaires sont des points géométriques, ils n'ont pas de forme.
Cependant on ne peut pas les observer directement car ces mêmes théories prédisent que plus on essaye de voir avec précision une particule élémentaire et moins on y arrive.

@+

[Deedee81]

Cependant on ne peut pas les observer directement car ces mêmes théories prédisent que plus on essaye de voir avec précision une particule élémentaire et moins on y arrive.

Quelques précisions techniques qui peuvent aider :

- pour ce qui est de "voir avec précision" : https://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_d%27incertitude
- pour ce qui est de la mesure : https://fr.wikipedia.org/wiki/Section_efficace
Mais d'autres méthodes existent. Par exemple, dans la question de la difficulté avec la taille du proton, on procède comme suit :
- on a un modèle décrivant les niveaux d'énergie des électrons dans l'hydrogène. C'est l'équation de Schrödinger ou l'équation de Dirac ou l'électrodynamique quantique
https://fr.wikipedia.org/wiki/Atome_...uation_radiale
- ensuite on introduit des corrections au modèle pour tenir compte du fait que la charge centrale, le proton, n'est pas ponctuelle. Il a une certaine taille, ce qui perturbe les orbitales électroniques car l'électron ne peut aller aussi près du centre que souhaité.
- pour améliorer la précision, on a utilisé des muons qui étant plus massifs ont des orbitales plus proches du proton (et c'est là qu'on est tombé sur l'anomalie (*)).

Il y a donc plusieurs manières de mesure : directement (sections efficaces), indirectement (modèles en mécanique quantique). Mais dans tous les cas ce n'est pas une mesure des tailles (et encore moins des formes) au sens de la physique classique ou au sens naïf de la "géométrie au quotidien" si je puis dire.

(*) notons qu'on a vérifié avec une précision extrême la mécanique quantique, les propriétés des protons, des muons, des atomes.... ce qui rend cette anomalie vraiment étrange (certains espèrent que ce soit le signe d'une nouvelle physique, ce qui n'est pas exclu mais ça reste largement à vérifier, faut pas trop se précipiter )

[Sethy]

- pour améliorer la précision, on a utilisé des muons qui étant plus massifs ont des orbitales plus proches du proton (et c'est là qu'on est tombé sur l'anomalie (*)).

De quelle anomalie parles-tu ?

BTW, j'avais entendu parlé du modèle de la goutte, mais je n'avais jamais vu ces schéma sur la structure du noyau. C'était vraiment très intéressant.

Un autre point qui me semble intéressant et connexe, c'est que toutes ces particules bougent et elles bougent même plus vite si elles sont plus confinées. Le fait que le Mercure soit liquide à température ambiante est expliqué par la contraction relativiste de certaines orbitales atomiques. Alors les vitesses dans le noyau ...

Voici une discussion que j'avais initié ici et qui parle (de la relation entre "taille" et vitesse, pas du Mercure) : https://forums.futura-sciences.com/p...ementaire.html

[Deedee81]

Salut,

De quelle anomalie parles-tu ?

https://fr.wikipedia.org/wiki/Probl%...ille_du_proton

############ Réponse à un message supprimé

[viiksu]

A mon avis les particules ne sont certainement pas des points car les points n'existent pas en physique et encore moisn en MQ. Les points sont des concept mathématiques purs. Ce qu'on peut dire des soi-disant particules c'est qu'elle ont une zone d'influence une sorte de volume qui dépend de la grandeur physique considérée. Mais ceci dit avec les microscopes à effet tunnel on voit bien que les particules ont une sorte de taille et ne s'étendent pas non plus dans tout l'univers.

[Deedee81]

Salut,

A mon avis les particules ne sont certainement pas des points car les points n'existent pas en physique et encore moisn en MQ. Les points sont des concept mathématiques purs. Ce qu'on peut dire des soi-disant particules c'est qu'elle ont une zone d'influence une sorte de volume qui dépend de la grandeur physique considérée. Mais ceci dit avec les microscopes à effet tunnel on voit bien que les particules ont une sorte de taille et ne s'étendent pas non plus dans tout l'univers.

Lire les explications plus haut. En théorie quantique des champs les particules sont modélisées comme ponctuelles (et toute description physique est un modèle) mais ce qui est mesuré est toujours des interactions donnant une certaine taille (ne fut-ce que la section efficace). Ce n'est qu'en gravité quantique que le caractère ponctuel devient "obsolète" même au niveau modélisation.

Attention, avec le microscope à effet tunnel, ce qu'on voit (et qui d'ailleurs un effet des interactions EM) ce sont les atomes, pas les particules. Et les atomes ça a une structure "non négligeable".

Concernant la taille "s'étendant à tout l'univers", en effet. La résolution de l'atome d'hydrogène avec Schrödinger donne des fonctions d'onde s'étendant jusqu'à l'infini. Bien entendu, cela ne préjuge pas des tailles mesurables/observables. Mais il n'empêche que c'est une idéalisation et qu'il faudrait tenir compte en réalité du fait que l'atome n'est pas tout seul dans un univers vide infini (mein Gott , l'angoisse existentielle de la solitude de l'atome ). En tenant compte des "voisins" on doit avoir une solution semblable à ce qu'on trouve pour des structure périodiques cristallines : une fonction d'onde d'extension finie pour chaque atome (et périodique évidemment dans un cristal, seul cas mathématiquement abordable, mais le caractère apériodique ne doit pas bouleverser cette situation d'extension finie).

[viiksu]

Salut,



Lire les explications plus haut. En théorie quantique des champs les particules sont modélisées comme ponctuelles (et toute description physique est un modèle) mais ce qui est mesuré est toujours des interactions donnant une certaine taille (ne fut-ce que la section efficace). Ce n'est qu'en gravité quantique que le caractère ponctuel devient "obsolète" même au niveau modélisation.

Attention, avec le microscope à effet tunnel, ce qu'on voit (et qui d'ailleurs un effet des interactions EM) ce sont les atomes, pas les particules. Et les atomes ça a une structure "non négligeable".

Concernant la taille "s'étendant à tout l'univers", en effet. La résolution de l'atome d'hydrogène avec Schrödinger donne des fonctions d'onde s'étendant jusqu'à l'infini. Bien entendu, cela ne préjuge pas des tailles mesurables/observables. Mais il n'empêche que c'est une idéalisation et qu'il faudrait tenir compte en réalité du fait que l'atome n'est pas tout seul dans un univers vide infini (mein Gott , l'angoisse existentielle de la solitude de l'atome ). En tenant compte des "voisins" on doit avoir une solution semblable à ce qu'on trouve pour des structure périodiques cristallines : une fonction d'onde d'extension finie pour chaque atome (et périodique évidemment dans un cristal, seul cas mathématiquement abordable, mais le caractère apériodique ne doit pas bouleverser cette situation d'extension finie).

Oui mais grâce à mon compatriote Laurent Schwartz nous savons que les fonctions d'onde sont des distributions et non pas des fonctions qui s'annulent assez vite et dont la valeur à l'infini est strictement nulle.

[Sethy]

Salut,
https://fr.wikipedia.org/wiki/Probl%...ille_du_proton

Merci pour l'info.

[Deedee81]

Bonjour,

Nettoyage fait.

Dois-je vraiment expliquer pourquoi ?

Si quelqu'un me demande comment j'ai réalsé telle peinture, je ne lui donne pas un catalogue de pinceaux comme réponse.
Il aurait été plus simple de dire "désolé, c'était juste une idée personnelle très vague, sans développement mathématique ni expérimentation en laboratoire".
Si cette idée s'avérait juste (qui sait ) on attendra la publication dans une revue à comité de lecture et on en parlera alors sur Futura très volontiers.

Merci,