Pourquoi la matière s'annihile avec l'antimatière ?

[QuantumVacuua]

Bonjour,

J'aimerais savoir pourquoi la matière s'annihile avec l'antimatière.

Cordialement
Quantum
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[XK150]

Bonjour ,

Avec ce genre de questions , j'ai toujours envie de répondre ( et surtout ne le prenez pas mal ... ) : " parce que l'on constate que c'est comme ça " .

Maintenant , si quelqu'un possède la bonne réponse ( sans répondre à coté de la plaque ... ) , j'écoute et j'enregistre !

[QuantumVacuua]

Oui mais non. Ce qui est bien avec les scientifiques c'est qu'ils se posent des questions sur tout. Si c'était tant un mystère que ça y aurait déjà plein de recherches dessus, comme pour le mystère des valeurs des constantes fondamentales (le truc le plus "parce que l'on constate que c'est comme ça" possible).
Or je n'en ai jamais entendu parlé comme d'un souci dans le modèle standard de la physique des particules. Il doit y a voir une réponse

[Deedee81]

Salut,

En physique des particules on peut prendre (presque) que comme principe :
"si une interaction peut se produire, alors elle se produit"

Evidemment elle se produit avec une certaine probabilité, mécanique quantique oblige, et le calcul de cette probabilité est souvent compliqué (et parfois ça peut donner zéro, on parle de règles de sélection, qu'on rencontre parfois en spectroscopie. Par exemple neutrino + antineutrino a autant de chance de s'annihiler que moi de gagner mille fois au super loto : c'est d'ailleurs ce qui explique qu'on a toujours pas pu trancher par l'expérience le fait que le neutrino est un particule de Dirac ou de Majorana, question ouverte dans le Modèle Standard).

Ici le "peut se produire" signifie : respecte les lois de conservation. Or par construction, les "charges" et moment angulaire de l'antimatière sont l'inverse de la matière. Donc de total zéro. L'annihilation est donc facile (avec respect de la conservation de l'énergie) car il y a toujours des particules plus légères et sans charge (ne fut-ce que les photons).

Alors qu'électron + électron ne peut s'annihiler en quelque chose de plus léger sans violer la conservation des charges (leptonique et électrique).

Or je n'en ai jamais entendu parlé comme d'un souci dans le modèle standard de la physique des particules. Il doit y a voir une réponse

Attention parce que dans le Modèle Standard il y a pleins de paramètres libres, des choses qui sont comme ça même si on ne sait pas les expliquer. Comme les différentes symétries, les masses (ou couplage au Higgs, c'est kif), etc.... Même la quantification de la charge est inexpliquée (au moins dans le Modèle Standard).

Et on n'appelle pas cela "souci" (juste une limitation du modèle).

en fait il y a bien des soucis mais pas beaucoup, n'ayant rien à voir avec l'antimatière en soi et qui n'ont rien à voir ici.

[A voir en vidéo sur Futura]

[XK150]

Alors , pourquoi " si une interaction peut se produire , elle se produit " ?

[Deedee81]

Alors , pourquoi " si une interaction peut se produire , elle se produit " ?

Houuu le vilain avocat du diable

C'est pour ça que j'ai dit "principe". Je ne sais pas l'expliquer (personne ne peut je pense).

[QuantumVacuua]

OK merci beaucoup pour l'explication Deedee c'est bien plus clair maintenant
Tout n'était une histoire de lois de conservation

+ ouais ce que je voulais dire par soucis c'est justement ces paramètres libres, sachant que l'antimatière y a pas de "problème" avec (à part l'histoire de pourquoi y en a moins que de matière).

[Deedee81]

(à part l'histoire de pourquoi y en a moins que de matière).

Ca n'implique pas nécessairement une différence matière - antimatière (autre que les charges). Bien qu'on est en train de vérifier au CERN (avec jusqu'ici une parfaite identité). Une telle différence serait gênante d'ailleurs car elle violerait le théorème CPT et donc remettrait en cause soit la mécanique quantique soit la relativité.

Il faut juste entre autre chose (voir les conditions de Sakharov) une violation de la symétrie T seule. Et ça ça existe déjà.... sauf que c'est tout à fait insuffisant (la violation CP et T des bosons K et B).
Il faudra donc un "au-delà" du Modèle Standard (ce qui est le cas aussi pour une autre des conditions de Sakharov).

A noter qu'il y a d'autres possibilités comme une différence primordiale. C'est mon avis (lié à certaines idées sur la gravitation quantique que je n'exposerai pas ici car ça ferait théorie personnelle, je m'étais lancé dans un calcul en utilisant la gravité quantique dite semi-classique jusqu'à ce que je tombe sur une inconsistance de cette théorie, d'ailleurs connue et déjà signalée par Ted Jacobson. Ca ne rend pas l'idée fausse ni invérifiable théoriquement mais beaucoup moins élégante. Bon, je m'y remettrai un de ces quatre ).

[coussin]

Bonjour,

J'aimerais savoir pourquoi la matière s'annihile avec l'antimatière.

Cordialement
Quantum

Du fait de la symétrie matière-antimatière, les nombres quantiques s'additionnent pour donner 0. Le photon est la seule particule qui a la grande majorité de ses nombres quantiques à 0. C'est donc la particule compatible avec une réaction matière-antimatière.

[Deedee81]

Le remarque de coussin me fait penser à une précision :

Pour des particules lourdes, comme le proton :
proton + antiproton ne donne jamais des photons. L'annihilation donne plutôt des trucs comme électron + positron, ou pions et antipions (ou des pions neutres). Les pions étant même le plus fréquent. Bien entendu, in fine, tout ces machins vont s'annihiler et donner des photons.

[albanxiii]

Oui mais non. Ce qui est bien avec les scientifiques c'est qu'ils se posent des questions sur tout.

La physique répond à "comment ?".
Si la question est "pourquoi ?", alors ça n'est plus de la physique, et vraisemblablement plus de la science non plus.

[QuantumVacuua]

La physique répond à "comment ?".
Si la question est "pourquoi ?", alors ça n'est plus de la physique, et vraisemblablement plus de la science non plus.

(Je ne sais pas comment quote avec le pseudo)
Je ne suis pas totalement d'accord avec ça dans le sens où il y a des cas où (selon moi) on peut très bien répondre au pourquoi.

Comment un objet en l'air tombe au sol ? Il tombe en subissant l'interaction gravitationnelle
Pourquoi un objet en l'air tombe au sol ? Principes de la RG, moindre action etc
Pourquoi ces principes sont vrais ? On ne sait pas pour l'instant

Pour moi le "Pourquoi" renvoie simplement à expliquer le phénomène plus fondamental que celui qui explique le comment. Et on dit que la science s'occupe pas du pourquoi tout simplement parce qu'on est pas allé assez loin pour expliquer d'où sortent tels et tels principes (et comme ça continue à l'infini on sera jamais assez loin it seems).
Même des questions comme "Pourquoi y a t-il quelque chose plutôt que rien" on peut imaginer une Physique si avancée qu'on en arriverait à commencer à avoir de vraies réponses (mise en évidence de lois encore plus fondamentales or something). Puis à la question de pourquoi ces lois sont vraies, on pourrait encore possiblement trouver des lois plus fondamentales qui expliquent pourquoi. (ex avec la 2nd loi de la thermodynamique qui """explique""" pourquoi le temps va du passé vers le futur). Gros guillemets mais on se comprend.

Le Pourquoi est juste un Comment plus avancé, pour moi

[ThM55]

La question "pourquoi" peut admettre une réponse en physique et en sciences en général, mais uniquement si on admet un cadre de référence qui énonce des présupposés que l'on partage. Ici on répond par des éléments comme "dans les règles de Feynman il y a un sommet fermion-photon" et "les lois de conservation de l'énergie et du moment le permettent à condition de sortir deux photons" et "la mécanique quantique calcule que la section efficace est ceci et cela". En fait on pourrait formuler l'électrodynamique quantique de manière axiomatique à partir de principes de base et dans ce système en partant des axiomes on pourrait prouver mathématiquement que l'électron et le positron s'annihilent en donnant deux gamma (ce n'est d'ailleurs pas si simple, le positronium par exemple est difficile à comprendre et cause des surprises). On aurait ainsi répondu au "pourquoi". Un peu comme en géométrie si on me demande pourquoi le théorème de Pythagore, je répondrais "parce que <ici la démonstration>". Dans ce cas, je pourrais donner la preuve des livres d'Euclide mais je pourrais aussi prendre celle du Jiuzhang suanshu, ou encore partir de l'algèbre linéaire avec une norme euclidienne comme on le fait en deux lignes dans les cours modernes. La vraie difficulté c'est le pourquoi des axiomes et d'ailleurs on sait que l'exercice de formalisation est un peu inutile en physique car ces axiomes seront appelés à être révisés un jour. C'était un des problèmes proposés par Hibert pour le XXème siècle mais on est loin de l'avoir résolu, c'est le rêve d'une "théorie du tout". Et même si on y arrive un jour on sera en présence d'un ensemble d'axiomes et comme nous ne sommes pas des dieux nous ne pourrons pas répondre au "pourquoi" à leur sujet.

Ce problème est en fait une situation très classique. Euclide ne disait pas pourquoi il avait choisi ses axiomes. On accepte et on joue le jeu (ou pas).

[Gilgamesh]

Bonjour,

J'aimerais savoir pourquoi la matière s'annihile avec l'antimatière.

Cordialement
Quantum

Je te donne mon interprétation un peu personnelle de la chose : une particule c'est en fait un certain nombre de quantités qui sont conservées lors des interaction ce qui recouvre la notion plus générale et très profonde de symétrie. La symétrie c'est "ce qui ne change pas quand tout le reste change". C'est la fraction immuable de la réalité physique, ce qui se conserve dans une transformation. Il s'agit de symétries abstraites entre des groupes de nombre quantiques représentant l'identité de la particule, et espère t'on son identité absolue (au sens où elle serait complètement décrite de la sorte). Cette symétrie ne s'exprime pas dans un espace usuel, mais la forme mathématique utilisée peut très bien trouver sa traduction dans un espace géométrique à plusieurs dimensions. La rigueur est la même, et plus intéressant, l'intuition est la même, au sens où personne ne prétendra qu'il faut cloisonner les mathématiques selon qu'elle s'appliquent à l'espace usuel, ou à l'espace interne des particules (l'espace fibré de la théorie des jauges si j'ai bien tout pigé).

Donc, ce qu'on appelle une particule se conçoit mieux sous la forme d'une collection de nombres quantiques qui, ensemble, lui donnent son identité : spin, charge électrique, charge de "couleur" au sens de l'interaction forte, "saveur" au sens de l'interaction faible, nombre baryonique, nombre leptonique, etc.

Le sens de ça, c'est que Dame Nature ne se préoccupe pas de l'individualité des particules : elles peuvent apparaître et disparaître à loisir, par contre la Nature est intransigeante sur la conservation de la somme de tous ces nombres. Si j'ai une particule de nombre quantique a et une autre de nombre -a, la somme sur ce nombre sera nulle : autrement dit, le seul ensemble de particules possible partant d'un ensemble de réactions quelconque engendrant un nombre quelconque de particules à partir des a et -a de départ sera celui dont la somme des 'a' portés par chaque particules sera a - a = 0.

S'ajoute à cela que la Nature, en tendance lourde, est encline à produire plusieurs particules légères en partant d'une particule de départ massive ; c'est une autre façon d'exprimer le Second Principe de thermodynamique, l'entropie étant proportionnelle au nombre de particules du système. La tendance lourde de l'univers est donc de fabriquer des particules légères, à la limite de masse nulle, comme le photon, qui en outre est neutre du point de vue de la charge électrique, de la couleur, de la saveur, etc. Une particule de matière et d'antimatière qui se rencontrent ne s'annihilent pas stricto sensus : elles donnent des photons, ce qui n'est pas rien. Rien n'est perdu, tout est conservé au sens où la somme des a restent celle du départ, mais en général avec des particules plus légères et plus nombreuses (=> à entropie croissante). Cela revient à convertir l'énergie de masse, une énergie potentielle, en énergie cinétique puisque toute l'énergie d'un photon est contenu dans son impulsion. Voila pourquoi ça fait "boum".

Sur la nature profonde de l'antimatière, c'est donc simplement une matière composée de particules dont les nombre quantique sont inversé. Un anti atome d'hydrogène, c'est un anti électron (un positron) et un anti proton. La masse est la même, l'énergie de liaison et la structure atomique également, mais la charge électrique des protagoniste est inversée, le nombre baryonique qui est de +1 pour un proton est de -1 pour l'antiproton, le nombre leptonique qui est de +1 pour l'électron est de -1 pour l'antiélectron, etc.

[ornithology]

En effet il y a une histoire d'entropie la dedans. si une particule et une antiparticule se désintégrent en une certaine quantité
de sous produits, il faudrait bien viser pour les faire interagir de facon a retrouver en fin de processus la particule + l'antiparticule.

[Gilgamesh]

En effet il y a une histoire d'entropie la dedans. si une particule et une antiparticule se désintégrent en une certaine quantité
de sous produits, il faudrait bien viser pour les faire interagir de facon a retrouver en fin de processus la particule + l'antiparticule.

C'est ça. Une fois que les photons se sont barrés au loin, même si la réaction inverse est toute aussi probable, dans les faits elle n'aura jamais lieu.