LHC : comment deux protons peuvent se heurter

[cosmoff]

Bonjour à tous,

D'apres ce que j'ai compris du LHC, ca accélère des protons et ca les fait rentrer en collision, donc comment est ce possible que deux protons entrent en collision alors que la force de coulomb montre qu'il faudrait une force infini pour y arriver donc une énergie infini.

Ensuite:
Le but et de créer des nouvelles particules, il faut donc que les deux protons qui se rencontre perdent de l'énergie pour créer de la masse (relation avec E = MC²) et donc des nouvelles particules comme des quarks ... Pour moi les protons ne se touchent jamais, donc c'est en se rapprochant que les protons perdent de la vitesse (à cause de la force de coulomb), ca les fait donc décélérés ce qui créée une onde Electromagnetique et via E=MC² on a des nouvelles particules qui peuvent se créer. Le probleme dans ma théorie c'est qu'en aucun cas je peux affirmer que les particules que je détecterais pourraient venir de l’intérieur de mes protons, alors comment on peut affirmer que dans les protons j'ai des quarks, des muons, boson de higgs ...

bref comme vous pouvez le voir c'est brouillon dans ma tete d'ou une aide serait le bienvenu.

Merci d'avance pour votre aide
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[Sethy]

C'est peu probable, mais à de telles "vitesses" (à peine 2 mètre par seconde de moins que la vitesse de la lumière, selon wiki) des chocs ont lieu.

Alors sur les 10^11 protons de chaque paquet qui se croisent, seuls 20 entre en collision avec le paquet qui vient en sens inverse.

Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Grand_...eur_de_hadrons

Les particules détectées ne sont pas présentes à l'origine à l'intérieur des protons. Il faut bien comprendre que si la masse des deux protons est totalement transformée en Energie, cela équivaut à 2 GeV (2 Giga-Electron-Volt) mais l'énergie dégagée par une collision est de 7 TeV (Tera-Electron-Volt), soit 3500x plus.

Expliquer "pourquoi" au départ de ce concentré d'énergie d'autres particules apparaissent est une autre paire de manche, mais tu cites le bosons de Higgs, qui lui nécessite au moins 125 GeV pour être produit, autrement dit il est 60x plus lourd que les 2 protons qui ont disparu dans la collision.

[albanxiii]

Bonjour,

Comme toujours, le vocabulaire est important.

Le but et de créer des nouvelles particules

Plutôt d'observer des particules qu'on n'a pas la possibilité d'observer dans d'autres conditions.

Pour moi les protons ne se touchent jamais

Il est difficile de donner un sens à cette phrase. D'un côté, la vulgarisation en méca Q nous dit que la notion de particule n'existe plus, mais on voit avec votre remarque que le concept a vraiment du mal à être assimilé puisque vous revenez à la notion de particule pour essayer de comprendre une expérience où les effets qui dominent sont la relativité et la méca Q.

Ce que la théorie quantique des champs (qui est la théorie utilisée pour étudier les expériences menées au LHC) nous permet de faire c'est d'étudier l'interaction entre les protons qui passent à proximité l'un de l'autre. On ne peut pas dire que ces protons sont ponctuels ou bien se comportent comme boules de billard qu'on ferait se cogner l'une contre l'autre. On peut "juste" calculer tous les scénarios possibles lorsque ces deux protons s'approchent l'un de l'autre.

Imaginez une sorte de boîte à prédiction dont les entrées sont les types de particules, leur énergie et leur impulsion, ainsi que les types d'interaction possibles entre ces deux particules (électromagnétique, interaction forte, faible, gravitation) et leur importance relative. On mélange tout ça et on regarde ce qui en sort. C'est un peu l'idée des expérience dans les collisionneurs de particules.

Ce qui en sort (de cette boîte) ce sont des scénarios possibles. Par exemple, les deux protons sont simplement déviés de leur trajectoire initiale, ce qui est le cas si leur énergie est assez faible et qu'ils passent à une distance assez éloignée l'un de l'autre : dans ce cas il n'y aura que l'interaction coulombienne qui donnera des termes non négligeable dans tout la somme des amplitudes de probabilité que la QFT nous permet de calculer. Il y a plein d'autres scénarios possibles à haute énergie et c'est un métier de calculer les amplitudes de probabilités associées à chacun. Si vous avez entendu parler des diagrammes de Feynman, ils sont utilisés ici. C'est une représentation des interactions possibles entre les deux protons. Plus de détails sur le net (http://www.thomasgmccarthy.com/an-in...er-physics-iii par exemple). Avec ces diagrammes on peut ensuite calculer les amplitudes de probabilité associées à chaque scénario. A ce stade on a juste une liste de ce qui peut se passer et des probabilités.

Quand on passe à l'expérimentation a devient plus compliqué. En effet, tous les scénarios étudiés ont une probabilité non nulle de se produite, et à chaque collision il se produit tout plein de ces scénarios possibles. Et en plus, les particules créées lors de la première interaction proton-proton vont à leur tour interagir entre elles et avec les autres particules présentes à ce moment là. Autres particules qui peuvent être des protons du faisceau initial ou bien des particules créées lors de collision qui ont eu lieu simultanément... bref, comme vous l'imaginez c'est effroyablement complexe.
Les détecteurs servent à sélectionner certains seulement de ces scénarios, en fonction de ce que l’on veut étudier. Et ensuite le traitement de ces données est un autre métier à part entière.

Je vous ai donné l'idée générale des expériences faites dans les collisionneurs de particules ainsi qu'un aperçu de l'approche théorique et expérimentale qui est utilisée. J'espère que cela aura un peu éclairci le brouillon dans votre tête. Pour vraiment y voir plus clair il n'y a pas vraiment d'autre solution que de se plonger vraiment dans la théorie. Ce qui peut prendre de quelques mois à quelques années selon d'où vous partez.

[Deedee81]

Salut,

C'est curieusement plus facile à expliquer la collision avec des protons avec des électrons En effet, les protons sont non ponctuels, moralité pour qu'ils se "heurtent" (au sens classique, interpénétration) il n'y a pas besoin que leurs centres de masse se touchent et donc pas de force de Coulomb infinie. Et le LHC est largement suffisant pour çà.

Les électrons étant ponctuels de telles collisions peuvent sembler plus mystérieuses pour la raison évoquée. D'ailleurs en physique des particules on n'utilise pas toujours le mot collision mais le mot diffusion. Ce qui se passe c'est que les deux électrons s'approchent, éventuellement très près, et se repoussent...... sans plus. Sans plus ? Vraiment ? Oui, à faible énergie, on a juste une diffusion électron + électron => électron + électron. Mais à haute énergie les effets quantiques se manifestent, difficile d'expliquer pourquoi en quelques lignes (une autre paire de manche comme a dit Sethy). Et cela entraine la création d'un flots de particules. Et d'ailleurs à ces échelles, il faut tenir compte des propriétés ondulatoires de la matière, il devient impossible de dire que les particules sont "là" avec précision, tout ce qu'on peut dire c'est :
- on a des particules libres
- Kaboum
- de nouvelles particules libres

Et décrire le Kaboum est difficile (matrice S, théorème de Wick, machinerie mathématique lourde) et il est également difficile de faire la part des choses entre physique et pure description mathématique.
Ce monde étant exotique (dans le sens très différent de la physique au quotidien) il est nécessaire de maîtriser les outils théoriques avant d'espérer comprendre le pourquoi du comment de la physique qui se cache derrière (et donc interpréter). C'est déjà vrai en mécanique quantique où la matière est ardue. Mais en théorie quantique des champs c'est encore pire (matière disons au bas mot dix fois plus vastes et plus difficile). Je m'y attache pour le moment (sur ma chaine youtube) mais faudra patienter, ça prend du temps (et mes vidéos sont pas à jour, un biesse problème de clef USB).

[A voir en vidéo sur Futura]

[XK150]

Salut ,

Les protons sont du vide ; A l'échelle d'un ballon de basket , les quarks et les gluons dont invisibles .
Si quarks et gluons d' un proton s'approchent de quarks et gluons d'un autre proton , ils commencent se reconnaître , à " se parler " , à échanger .
Il y a INTERACTIONS , oubliez le mot " collision " et réservez le aux joueurs de pétanque du dimanche ...

[Deedee81]

Les protons sont du vide ; A l'échelle d'un ballon de basket , les quarks et les gluons dont invisibles .

J'aime pas trop cette remarque (fréquente) "plein de vide". Les fonctions d'ondes des quarks remplissent assez bien le proton. D'autant que lorsqu'on le sonde avec des électrons on constate que la charge électrique y est quasiment uniforme (et une chute assez abrupte à la "frontière" du proton).

Si quarks et gluons d' un proton s'approchent de quarks et gluons d'un autre proton , ils commencent se reconnaître , à " se parler " , à échanger .

En effet, une fois "interpénétration" ce que tu expliques est exactement l'équivalent que j'expliquais pour les colissions d'léectrons.

Il y a INTERACTIONS , oubliez le mot " collision " et réservez le aux joueurs de pétanque du dimanche ...

Ou diffusion. Malheureusement le mot collision est très fréquent et pas seulement dans la vulgarisation. Difficile de faire l'impasse dessus :
- collisionneurs (comme le LHC)
- théorie des collisions
- matrice S (de diffusion ou.... collision)

Et le mot interaction est sans doute le plus juste (j'aurais dû y penser ci-dessus ) mais un peu trop général (il y a aussi interaction entre un électron dans atome et son noyau, mais pas de "collision" même au sens de la théorie du même nom). Le mieux amha qu'on puisse faire (et c'est ce qu'on vient de faire dans ces messages) est d'expliquer en quoi ces "collisions" sont différentes des collisions classiques, deux protons qui se heurtent dans un accélérateur ce n'est pas la même chose qu'un fêtard de réveillon qui rentre dans un platane avec sa voiture.