Bonjour à tous
Nous savons qu'un proton est constitué de 2 quarks UP de charge 2/3 + 1 quark DOWN de charge -1/3, de sorte que la charge totale du proton est de 1.
De ce fait, peut-on affirmer qu'un proton est un dipôle électrique dont le pôle négatif est constitué du quark DOWN ?
Question complémentaire : si oui, existe-t-il à votre connaissance une expérience mettant en évidence la dipolarité du proton ?
Merci d'avance pour vos réponses
La grossièreté et l'invective sont les armes préférées d'une pensée impuissante.
Bonjour,
Vous pouvez jetez un coup d'oeil au moment magnétique du proton (et du neutron) ici: https://en.wikipedia.org/wiki/Proton_magnetic_moment
Au premier ordre considérer les charges individuelles des quarks de valence donne des résultats acceptables. Cependant, obtenir des résultats plus précis nécessite de prendre en compte les interactions avec les gluons et les effets relativistes associés.
Vous reconnaissez qu'il y a 3 quarks et parlez de dipôle ?! Ne trouvez-vous pas ça inconsistant ?
Dit autrement, savez-vous ce que signifie le préfixe "di-" de dipôle ?
Je ne comprends pas votre remarque. La molécule H2O elle-même n'est-elle pas de nature dipolaire alors qu'elle est constituée de 3 atomes ?Envoyé par coussin
Vous reconnaissez qu'il y a 3 quarks et parlez de dipôle ?! Ne trouvez-vous pas ça inconsistant ?
Dit autrement, savez-vous ce que signifie le préfixe "di-" de dipôle ?
https://fr.wikipedia.org/wiki/Mol%C3...ture_dipolaire
La grossièreté et l'invective sont les armes préférées d'une pensée impuissante.
C'est vrai, je le suis mal exprimé...
En fait, un système de 3 charges peut être développé en multipoles et aura une composante monopolaire (dans le cas du proton), dipolaire, quadripolaire, etc...
Salut,
Notons qu'on peut aussi sonder les protons avec des électrons haute énergie (diffusion profondément inélastique). C'est assez pratique.
Il y avait une explication simple et un graphique dans l'encyclopédia universalis. Mais je ne retrouve pas sur le net.
(enfin bon, sinon il y a ça, pas mal du tout mais hautement technique, mais c'est mieux que rien
http://homepages.ulb.ac.be/~lfavart/...-477.Chap4.pdf
et il y a pas mal de graphiques assez parlant
)
Le résultat qui nous importe ici est que la densité de charge dans le proton est grosso modo homogène (avec une "surface" assez fine, c'est-à-dire une chute rapide de la densité de charge).
Cela montre plusieurs choses :
- Le proton n'a pas du tout une structure dipolaire électrique (mais il a bien une structure dipolaire magnétique)
- Les quarks sont "répartis" dans tout l'intérieur du proton (n'oublions pas que ce sont des particules quantiques, elles ne sont pas localisées ponctuellement mais ont une amplitude quantique répartie dans le proton).
(notons que dans H2O on a affaire à des trucs nettement plus gros, et surtout suite à leur interaction avec leur environnement, ces atomes ont une position assez précise donnant une structure dipolaire. Même si le quantique reste incontournable, par exemple le NH3 dipolaire aussi peut voir son atome d'azote basculer à travers le triangle de H3 par effet tunnel, effet exploité dans le premier maser de l'histoire).
Ces quarks ont un moment angulaire important qui expliquent tant le spin du proton, son moment dipolaire magnétique et son rapport gyromagnétique assez particulier.
Je sais aussi qu'on sait calculer avec une bonne précision ces propriétés de spin et moment magnétique par calculs (sur un supercalculateur) sur réseau à l'aide de la théorie de la chromodynamique quantique. Je suppose que la densité de charge doit aussi être un résultat mais je ne le connais pas. Pas facile à trouver sur le net ça.
Dernière modification par Deedee81 ; 23/02/2021 à 07h09.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Bonjour,
Si on on utilisait une analogie classique, on pourrait dire qu'à la vitesse où les quarks circulent dans le proton
(avec leurs cortèges de particules virtuelles), la fluctuation du déséquilibre des charges doit être ultrarapide et donc non mesurable.
En TQF, c'est plus compliqué : il doit exister un certain moment dipolaire électrique. non pas à cause des des quarks eux-même, mais à cause de la violation de la parité pour les particules virtuelles leptoniques. Dans le modèle standard, il doit être ultra faible (un million de fois plus faible que la sensibilité actuelle des mesures)
Cela fait plusieurs années qu'on tente de le mesurer sur le neutron (plus facile que sur le proton, car neutre), car certaines théories prédisent une valeur beaucoup plus élevée. A ce jour, on n'a rien trouvé.
NB pour paraboloide : le primiposteur parlait bien de moment dipolaire électrique. Le moment dipolaire magnétique est bien mieux connu
Why, sometimes I've believed as many as six impossible things before breakfast
Merci Resartus, je l'avais oublié cette-là. Une référence assez récente :
https://www.pourlascience.fr/sd/phys...tron-19447.php
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
A la louche, en chimie on considère que l'incertitude sur la longueur d'une liaison chimique est de 3%. Je ne parle évidemment pas de précision de la mesure mais bien des effets quantiques évoqués plus haut. La longueur d'une liaison étant grosso-modo de 1 Angstrom (0,1 e-9 m), l'imprécision est de l'ordre de 3e-12m. La taille d'un noyau atomique est de l'ordre de 10e-15 m.
Pour ce qui est de la vitesse des quarks, il y a la notion de cellule élémentaire.
J'avais d'ailleurs ouvert un sujet à ce propos : https://forums.futura-sciences.com/p...ementaire.html
Et si je me réfère à mon calcul de l'époque, les objets de la taille du noyau atomique sont imprimés d'une vitesse quadratique moyenne qui vaut déjà 20% de la vitesse de la lumière. Je vous laisse conclure pour les quarks.
Dernière modification par Sethy ; 23/02/2021 à 08h16.
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
Est-ce à dire qu'il n'existe aucune différence mesurable entre le champ électrique produit par le proton, et le champ électrique produit par le positron ?
Mais alors comment expliquer qu'un électron ne se comporte pas de la même manière au voisinage d'un proton et au voisinage d'un positron ?
La grossièreté et l'invective sont les armes préférées d'une pensée impuissante.
Je ne sais pas ce que vous voulez dire par "ne se comporte pas de la même manière"...
Ce qui est sûr c'est que les différences dans les niveaux d'énergie entre atome d'hydrogène (proton + électron) et positronium (positron + électron) ne vient que de la différence de masse entre proton et positron. Les champs produits par proton et positron sont effectivement les mêmes mais la différence de masse change les propriétés "dynamiques" d'un électron dans ce champ.
Parce qu'il n'y a pas que la charge dans la vie d'une honnête particuleOutre la différence majeure de masse signalée par coussin, tu as aussi l'interaction faible et les charges faible, leptonique, baryonique (toutes conservées) (*). Et la taille aussi (ponctuelle pour le positron, non négligeable pour le proton). Du fait des grandeurs conservées, l'électron peut s'annihiler avec le positron... mais pas avec le proton.
(*) et de couleur pour interaction forte, mais l'électron y est insensible.... du moins au premier ordre.
Bref, un proton n'est pas un positron.
Dernière modification par Deedee81 ; 23/02/2021 à 12h30.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Il existe des niveaux d'énergie dans le positronium ??? Comment cela est-il possible ? S'il existait des niveaux d'énergie dans le positronium, il me semble que celui-ci n'aurait pas de raison d'être instable dans son état fondamental. Or la demi-vie du positronium n'excède pas 100 nanosecondes (Wikipedia)...
Pouvez-vous SVP reconfirmer ?
ps : les niveaux d'énergie que je supposais inexistants dans le positronium sont précisément ce que je voulais dire par "ne se comporte pas de la même manière"
La grossièreté et l'invective sont les armes préférées d'une pensée impuissante.
Oui.
En fait ce n'est pas lié. L'état fondamental (au sens de la MQ de Schrödinger) n'est pas fondamental en théorie quantique des champs. Ou dit autrement :
- en théorie de Schrödinger, pas d'annihilation, les niveaux c'est comme d'hab (on peut même utiliser la vieille formule de Bohr)
- en théorie quantique des champs, l'état S0 n'est pas l'état de "base", celui-ci étant constitué de deux ou trois photons. Mais les états restent quantifiés.
Quantification des niveaux d'énergie et stabilité sont deux choses différentes. (tout au plus les "largeurs" de raie sont plus grande à cause de la durée de vie brève, effet d'une des relations d'indétermination)
Mais les niveaux d'énergie n'ont pas du tout la même valeur qu'avec le proton (c'est fortement décalé) et l'annihilation aussi (doit y avoir d'autres différences, de tout petit écarts dû à l'interaction faible et aux effets des moment s magnétiques : très différent entre positron et proton). Les orbitales de l'électron doivent par contre avoir un violent air de famille entre les deux cas (avec une distorsion, la correction d'effet de recul étant énorme dans le positronium).
Dernière modification par Deedee81 ; 23/02/2021 à 13h39.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Ah tiens, voilà un truc que je ne sais pas. La parité joue un rôle important dans le positronium (qu'on ne rencontre par pour l'hydrogène). Mais est-ce qu'il y a des différences dans les niveaux d'énergie de l'ortho et du para positronium ?
(l'équation de Dirac étant invariante par parité je dirais que non, mais je peux me tromper)
Je m'auto-rectifie, doit y avoir de petites différences : la structure fine, puisque ces états de parité diffèrent justement par l'orientation des spins. Comme quoi en réfléchissant parfois on trouve
EDIT rectif : il y a une parité aussi pour H, mais vu qu'il est stable on s'en fout un peu
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Il y a des différences entre ortho et para, hydrogène et positronium. Oui.
Pour l'atome d'hydrogène, c'est une transition "célèbre" d'une longueur d'onde de 21 cm qu'on rencontre en radio astronomie.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_line
Ah oui, ça, bien vu
P.S. pour Andretou, attention, la raie équivalente de transition entre ortho et para positronium n'est pas de 21 cm (j'en ignore la valeur mais elle n'a aucune chance d'être la même)
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
https://en.wikipedia.org/wiki/Positronium#Energy_levels
L'effet principal est la masse : la masse réduite est la moitié. Donc par rapport à l'hydrogène c'est à peu près les mêmes niveaux mais divisé par 2. La raire Lyman alpha doit alors être de l'ordre de 10 cm pour le positronium (à confirmer et bien sûr, ne braquez pas tout de suite vos radiotélescopes
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
En première approximation, les états d'énergie du positronium sont moitiés de ceux de l'atome d'Hydrogène.
Sur la page wiki en anglais, les niveaux d'énergie des orbitales sont renseignées égaux à -6,8 / n^2 (eV). Rappelons que pour l'Hydrogène, la valeur est de -13,6 eV / n^2.
Source : https://en.wikipedia.org/wiki/Positronium#Energy_levels
La confusion vient souvent du fait qu'on "oublie" que les niveaux d'énergie dans l'atome ne sont pas ceux des électrons, mais bien du système noyaux-électrons. Ce qui est justement mis en évidence par le positronium.
Dernière modification par Sethy ; 23/02/2021 à 15h03.
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
Si le positronium possède effectivement des niveaux d'énergie, je n'arrive pas à comprendre pourquoi l'électron du positronium s'écrase sur le positron en moins de 100ns, alors que l'électron de l'atome d'hydrogène ne s'écrase pas sur le proton (car si l'électron de l'atome d'hydrogène ne s'écrase pas sur le proton c'est bien à cause de l'existence de niveaux d'énergie n'est-ce pas ?)...
La stabilité de l'atome d'hydrogène est-elle donc due, en plus de l'existence des niveaux d'énergie, à l'importance de la masse du proton par rapport à la masse du positron ? Mais justement, une masse comme celle du positron a un effet sur l'électron encore plus négligeable que le proton, donc a priori l'électron a encore moins de raisons de s'écraser sur le positron qu'il n'en a de s'écraser sur le proton !
Ou bien, la stabilité de l'atome d'hydrogène est-elle due, en plus de l'existence des niveaux d'énergie, à la faiblesse du moment magnétique du proton (qui est, sauf erreur de ma part, environ 660 fois inférieur à celui du positron) ?
Sinon, quelle est précisément la cause de l'instabilité du positronium ?
La grossièreté et l'invective sont les armes préférées d'une pensée impuissante.
"s'écrase" est faux... L'électron a une certaine probabilité d'être au même endroit que le positron et donc de d'annihiler. De même, dans l'atome d'hydrogène, l'électron (surtout dans une orbitale s) a une certaine probabilité d'être au même endroit que le proton.
La probabilité d'annihilation est d'ailleurs intéressante : si l'on prend électron et positron comme strictement ponctuels, la probabilité qu'ils soient au même endroit est nulle (dans le sens où c'est la densité de probabilité évaluée en un point, de mesure nulle).
Pour obtenir le probabilité d'annihilation, je crois qu'on évalue la probabilité pour que électron et positron soient dans un volume d'une taille typique de la longueur d'onde de Compton.
Il faut en effet comprendre le terme "s'écraser" au sens imagé.
Pour autant, la probabilité que, dans un atome d'hydrogène (à l'état fondamental), l'électron et le proton soient au même endroit n'est-elle pas infiniment proche de 0, car un tel événement signifie qu'il se produit une capture électronique ? Or, à ma connaissance, une capture ne peut se produire spontanément que de façon rarissime, précisément en raison de l'existence des niveaux d'énergie que l'électron ne peut franchir sans apport d'énergie (il faudrait par exemple qu'une particule virtuelle transmette son énergie à l'électron tout en le projetant vers le proton)...
De la même manière, l'existence de niveaux d'énergie dans le positronium empêche a priori l'électron et le positron de se rencontrer, sauf si l'électron et le positron sont sur le même niveau d'énergie (est-ce le cas ?), ce qui alors justifierait leur annihilation quasi instantanée.
La grossièreté et l'invective sont les armes préférées d'une pensée impuissante.
Non. Pour qu'il y ait capture électronique, il faut que l'électron se localise dans le noyau. Cette localisation se fait via une interaction ; cette interaction ayant lieu avec des noyaux instables avec un excès de protons.
Dans l'atome d'hydrogène, le noyau est bien évidemment stable. L'orbitale électronique est non nulle à l'endroit du proton (pour une orbitale s c'est même maximal à l'endroit du proton) mais il n'y a pas de localisation car pas d'interaction.
Encore une fois, cela n'a pas de sens. Le niveau d'énergie n'est pas celui d'une des deux particules mais l'énergie du système formé par les deux particules.
L'équivalent dans le modèle classique serait qu'en fournissant de l'énergie on "écarte" un peu plus les particules + et -.
Mais comme l'a expliqué coussin, dans l'état fondamental, la probabilité est maximale lorsque les deux particules ont une distance nulle (la fonction est une exponentielle négative fonction de r, et donc maximale quand r vaut 0. Le carré de cette fonction donne la probabilité de présence. Mais même en prenant le carré, la probabilité maximale est au noyau.).
Tout est toujours plus complexe qu'on (que je) ne le pense de prime abord.
Après, il faut se rappeler qu'une orbitale électronique a une taille de l'ordre de l'angström et les noyaux ont des tailles de l'ordre du fermi.
Imaginez une corde de guitare (une orbitale électronique est une onde stationnaire...) "perturbée" par une poussière de quelques microns
Dernière modification par coussin ; 23/02/2021 à 21h52.
Salut,
Quelques détails complémentaires (avec un peu de redite, ce n'est probablement pas plus mal).
Non, ça n'a vraiment rien à voir. Je n'arrive pas à comprendre pourquoi tu fais le lien entre les deux. C'est comme si tu disais "si une personne reste coincée dans son immeuble c'est à cause de l'existence de plusieurs étages"Je n'arrive vraiment pas à voir quelle image (totalement fausse) tu te fais des particules et atomes pour arriver à cette conclusion absurde !!!!
L'électron peut avoir divers états : niveau de base S ou un état excité P, D, F... (ou non excité pour un noyau a plusieurs électrons). C'est lié à l'interaction coulombienne (plus divers facteurs de correction) et à la quantification. Dans chacun de ces états, l'électron a une certaine probabilité d'être près du noyau ou du positron pour le positronium et d'interagir (via l'interaction faible cette fois).
D'ailleurs même les atomes peuvent conduire à ce genre de processus. Tu as parlé de la capture électronique, qui n'est pas si rare, par exemple le gallium 67 à une demi-vie de 3 jour, l'électron interagissant avec le noyau pour transformer un proton en neutron. Et le gallium a des niveaux d'énergie comme n'importe quel atome.
Il peut être délicat de parler de niveaux d'énergie dans certains cas. En effet, on fait souvent l'hypothèse que les états sont stationnaires. On peut lever cette hypothèse mais du point de vue calcul c'est assez cinglé. Donc on fait cette hypothèse et on ajoute une "largeur de raie" due à la plus ou moins grande brièveté de l'état. Et si l'état est vraiment trop bref alors il devient faux de parler d'état stationnaire. On peut voir ça comme une fonction d'onde qui se déforme trop rapidement pour pouvoir parler d'une situation stable. Pour des atomes très largement en dehors de la vallée de stabilité, l'existence des noyaux est si courte qu'il n'y aurait aucun sens à parler de niveaux d'énergie des électrons. Mais on parle là de durées de vie inférieure à la picoseconde. Pour le positronium, sa durée de vie est de 100 nanosecondes. Et mine de rien, pour des particules, c'est une éternité !!!!
Bon, cela a été dit, pour le "même niveau d'énergie' ça n'a pas de sens (faut travailler dans le centre de masse, leur énergie est toujours identique). Mais le fait d'être dans un état excité n'empêche absolument pas les particules de se rencontrer. Prenons un état 10S. C'est un état hautement excité (que ce soit pour le positronium ou l'atome d'hydrogène), l'électron a même de bonnes chances de s'enfuir (il n'est presque plus lié). Et pourtant.... il a une probabilité non négligeable de se trouver juste à coté du proton/noyau/positron !!!!! Les "orbitales" c'est pas des "orbites". Excité veut dire "plus loin en moyenne".
Tu dis aussi :
Tout d'abord ce n'est pas un problème. Il n'y a pas besoin de fournir cette énergie. L'énergie de l'état se retrouve juste sous forme d'énergie cinétique à la fin, c'est tout. Ensuite, je ne sais pas si tu connais les chiffres : les états excités c'est quelques eV (électrons-volts), l'énergie d'annihilation c'est 512000 eV. Les niveaux d'énergie de l'électron dans le positronium c'est peau de chagrin. C'est comme si tu disais "je ne comprend pas que le tank lourd a pu avancer alors qu'il a du percuter une mouche". La forme de l'orbitale peut jouer sur la probabilité de l'annihilation mais l'énergie en soit non, c'est une queue de cerise dans ce processus.
Il faut que tu voies les niveaux d'énergie et l'annihilation comme indépendants (en fait pas tout à fait mais pour le principe on peut le voir comme tel). L'électron et le positronium se baladent bien gentiment main dans la main. L'électron (en fait le couple) peut être dans un état plus ou moins excité, comme n'importe quel atome. Ils ne se baladent plus, ils sautent dans tous les sens, mais ils se tiennent toujours par la main. Positronium atome même combat, balade ou excités comme des puces. Mais c'est là que se tenir par la main fini par les trahir : même excité, tout d'un coup via le contact même faible : pouffff, ils s'annihilent. Ce qui n'a pas empêché le comportement précédent évidemment.
Bon c'est très imagé (voire poétique) mais j'espère que c'est clair maintenant (sinon je ne comprend pas le blocage : je suis d'accord que ce processus est hautement technique, comme toute la MQ, et bien comprendre les fonctions d'ondes complexes avec amplitude, phase etc.. est plus qu'utile, avec des équations parfois durailles, mais même au niveau vulgarisation, ça devrait passer).
Dernière modification par Deedee81 ; 24/02/2021 à 07h07.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Merci à tous pour vos réponses ! Je vais digérer tout ça tranquillement...
La grossièreté et l'invective sont les armes préférées d'une pensée impuissante.
Apparemment il y a quand même quelque chose qui cloche dans le positronium...
https://www.futura-sciences.com/scie...hysique-19446/
Qu'en pensez-vous ? D'où peut provenir cette anomalie ?
La grossièreté et l'invective sont les armes préférées d'une pensée impuissante.
Salut,
Du muon.
Le muon est une espèce d'électron lourd (les mêmes propriétés sauf qu'il est plus massif et instable). L'étude du muon est très approfondie via les études dans les grands accélérateurs et l'électrodynamique quantique donne des résultats absolument parfaits.
Et pourtant surprises ! On avait déjà bien mesuré le diamètre du proton, par différentes méthodes. Mais les physiciens souhaitant mieux comprendre l'interaction forte (entre quarks) voulaient avoir une mesure plus précise de sa taille. Un moyen de le faire est avec l'hydrogène. D'habitude quand on calcule le spectre de l'hydrogène on le fait pour un proton considéré comme ponctuel et ça marche bien. Il y a toutefois de petits écarts dû au fait que le proton n'est pas ponctuel, et du fait que l'électron a une certaine probabilité de présence "dans" le proton, cela perturbe quelque peu les niveaux d'énergie entre le niveau S (où l'électron a une probabilité importante d'être au centre) et le niveau P (proba presque nulle d'être au centre).
Cette méthode des petits écarts des niveaux d'énergie permet donc de mesurer la taille du proton. Toutefois ce n'est pas très précis. D'où l'idée d'utiliser un muon à la place de l'électron (atome "muonique"). Le muon étant beaucoup plus massif, ses orbitales sont beaucoup plus resserrées et donc beaucoup plus influencé par la présence non ponctuelle du proton.
Et là surprise ! La valeur mesurée est différente (et incompatible en tenant compte de la précision) avec ce qu'on avait déjà trouvé !!!!
https://fr.wikipedia.org/wiki/Probl%...ille_du_proton
L'origine est actuellement inconnue. Erreur de mesure dont la cause n'a pas encore été identifiée ??? Comportement inattendu dû à l'interaction forte ? Propriété mal connue du muon ?
Ce dernier est possible car ses propriétés sont surtout connues à l'aide des grands accélérateurs, c'est-à-dire à grande énergie. Or ici on est à basse énergie (on a d'ailleurs des soucis pour comprendre l'interaction forte à basse énergie, problème dû uniquement à la complexité des calculs).
L'idée d'une propriété inconnue du muon semble conforté par le positronium où il n'y a pas de proton. Mais il faudra encore bien des mesures avant de vraiment comprendre.
(curieusement il y a aussi une anomalie avec le neutron : sa durée de vie est différente selon la méthode de mesure : transit ou "bouteille", mais la cause est probablement différente. Le neutron étant une bestiole TRES difficile à contrôler, car il est ... neutre..., un problème inconnu des mesures n'est pas exclu).
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
