Collision p/proton / proton/ antiproton pourquoi une telle différence énergétique ??

[Daniel1958]

Bonjour

Si je prends une collision proton-proton

Source Futura (la meilleure)

Des faisceaux de proton (allant à 99.999999 % de la vitesse de la lumière) et même d'ions lourds y circulent lorsqu'il fonctionne.
Le LHC va stocker un faisceau d'énergie de 360 mégajoules environ : 2.808 bunches x 1,15 1011 protons d'une énergie de 7 TeV chacun = 2808 x 1,15 x 1011 x 1012 x 7 x 1,602 x 10-19 joules = 362 MJ par faisceau.
L'objectif ultime de l'étude FCC est de proposer un accélérateur de protons supraconducteur prenant la forme d'un anneau de 100 kilomètres de circonférence et capable de fournir une énergie allant jusqu'à 100 TeV, soit une puissance environ dix fois supérieure à celle du LHC

.
Il faut une énergie (exogène) énorme pour alimenter les champs électromagnétiques avec des aimants supraconducteur de très haute technologie pour faire accélérer les protons et les faire ensuite se collisionner.

La collision proton-antiproton

Source Wikipédia

Lorsqu'un proton rencontre son antiparticule (et plus généralement, si une espèce de baryon rencontre l'antibaryon correspondant), la réaction n'est pas aussi simple que l'annihilation électron-positon. Contrairement à un électron, un proton est une particule composée de trois « quarks de valence » et d'un nombre indéterminé de « quarks de mer » liés par des gluons. Ainsi, lorsqu'un proton rencontre un antiproton, l'un de ses quarks, généralement un quark de valence constitutif, peut s'annihiler avec un antiquark (qui plus rarement pourrait être un quark de mer) pour produire un gluon, après quoi le gluon avec les quarks restants, les antiquarks et les gluons subiront un processus complexe de réarrangement (appelé hadronisation ou fragmentation) en un certain nombre de mésons (principalement des pions et des kaons), qui se partageront l'énergie et la quantité de mouvement totales.

Traduction anglais- Français translatium

Il ne faut pas (presque pas) d’apport énergétique externe à la base. Comment expliquer à la base (pas le processus qui est décrit) cette annihilation directe ? Ce sont deux particules composites de matière pourtant.
Avez-vous une idée ? Moi là c’est trop haut pour moi sur le plan conceptuel

Cordialement
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[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonjour,

Pour faire court: répulsion électrostatique entre les protons qui est absente entre les protons et anti-protons.

[Daniel1958]

Merci

Excellente réponse logique (pour moi). Répond tout à fait à mes attentes. Je n'y avais pas du tout pensé (malgré les polarités inversées et donc attractives).

Cordialement

Ps je ne croyais pas la force de répulsion si puissante.

[Deedee81]

Salut,

Une annihilation n'est pas une collision.

Il y a une règle en physique des particules : si quelque chose peut se produire, il se produit (évidemment le calcul des probabilités c'est une autre paire de manche).
C'est à dire que lors d'une rencontre de deux particules : toute création, destruction, diffusion de particules est possible si les lois de conservation sont respectées.

Comme une antiparticule a des grandeurs opposées à la particule (charges opposées, toutes, pas seulement la charge électrique), l'annihiliation est facile même à faible énergie. Dans le positronium l'électron et le positron sont presque au repos (en orbite l'un autour de l'autre, dans leur état de base S leur énergie cinétique est nulle !) mais il s'annihile très vite.
EDIT en plus, du fait des charges opposées, les particules s'attirent, ça facilite la réaction évidemment, pas besoin que ce soit si puissant que ça. Et note que la répulsion coulombienne est en 1/r² : que se passe-t-il quand r devient minuscule ?

Par contre ce qu'on recherche c'est la création de particules très massives qui nécessitent des énergies énormes pour être créées (le comportement des probabilités avec l'énergie est aussi quelque chose d'important).
Et là peu importe qu'on envoie des protons ou des antiprotons (le fait d'envoyer l'un ou l'autre n'est qu'une question de conception de l'accélérateur) à trèèèèès haute énergie on n'aura pas d'annihilation, juste une production d'une gerbe de particules (il y a des centaines de résultats possibles vu l'énergie disponible et même à probabilité équivalente il y a plus de chance d'avoir l'un ou l'autre des résultats avec pleins de particules plutôt qu'une simple annihilation). Dans le LEP ils avaient choisi électrons - positrons avec le LHS que des protons. (passer des électrons au protons est par contre utile : on peut communiquer plus d'énergie aux protons car ils perdent moins d'énergie en tournant à cause de leur masse élevée, par contre les interactions sont plus compliquées).

Ta question aurait pu aussi concerner bien d'autres processus, et la réponse est semblable. Par exemple, pour avoir des Higgs créés dans la collision il faut des énergies énormes. Alors qu'une infime pichenette à un électron suffit pour créer des photons. Pourquoi ? Car le photon non seulement a une masse nulle mais aussi aucune charges. Sa production est très facile dès qu'on a une charge électrique comme source. Par contre même si l'électron est léger il faut pour le créer avoir d'autres modifications (par exemple création d'un positron) car il a une charge électrique (et une faible et une leptonique). C'est donc plus difficile.

EDIT je crois que j'ai répondu un peu plus large que ce que tu demandais, pas sûr, mais bon ça donne le contexte

[A voir en vidéo sur Futura]

[titijoy3]

ça me fait penser au comportement des aimants

[Deedee81]

ça me fait penser au comportement des aimants

Heureusement ils ne s"annihilent pas, ça serait assez compliqué

[JPL]

Il y a une règle en physique des particules : si quelque chose peut se produire, il se produit

Ça c’est la loi de Murphy vue par son bon côté

[Daniel1958]

Oui

Dans un premier temps c'était l'annihilation proton /antiproton sans apport d'énergie exogène qui m'étonnait car après tout tous les deux étaient massiques mais j'avais oublié la polarité qui crée une attraction dans ce cas-là et puis

Il y a une règle en physique des particules : si quelque chose peut se produire, il se produit (évidemment le calcul des probabilités c'est une autre paire de manche).
C'est à dire que lors d'une rencontre de deux particules : toute création, destruction, diffusion de particules est possible si les lois de conservation sont respectées.

T'as justifié le rôle du LHC en plus.

PS hors sujet pour le nouveau LHC je me demande (façon de parler) comment ils vont faire car individuellement (si on omet l'aspect quantique), la collision particule/particule doit avoisiner son asymptote (c).
Les gains possibles pour augmenter cette efficacité me semblent faibles pour des investissements colossaux. Bien sûr je n'ai pas les chiffres mais 99.9999999999% de C c'est parlant

Il me semble que pour atteindre 100 Tev c'est uniquement au niveau de taille du faisceau de lumière qui doit être plus volumineux et peut-être plus compact. Je n'ai pas vu d'infos là- dessus.
On parle de dix fois plus que le LHC actuel

Là on est à 7 Tev * 2 soit 14 Tev. Cela dit dans notre environnement je ne suis pas sûr que des protons dépassent individuellement cette énergie. Seuls les photons m'en semblent capables
Pour le nouveau LHC on parle de 100 Tev >>>>collision de 2 fois 50 Tev ou 2 fois 100 Tev. Çela change la donne.
Je n'ai pas vu de projets plomb/plomb (ions). Là on partirait avec un avantage massique.


Cordialement

[Deedee81]

j'avais oublié la polarité qui crée une attraction dans ce cas-là

Ah tiens, le terme polarité n'est pas le plus utilisé dans ces circonstances, mais il n'est pas faux (on parle bien de polarité d'un dipôle).

Les gains possibles pour augmenter cette efficacité me semblent faibles pour des investissements colossaux. Bien sûr je n'ai pas les chiffres mais 99.9999999999% de C c'est parlant

Ce n'est pas la vitesse qui compte, c'est l'énergie. Plus d'énergie fait peut être peu de différence de vitesse mais ça n'a aucune importance.

Il me semble que pour atteindre 100 Tev c'est uniquement au niveau de taille du faisceau de lumière qui doit être plus volumineux et peut-être plus compact. Je n'ai pas vu d'infos là- dessus.
On parle de dix fois plus que le LHC actuel

Non, ça c'est l'énergie par particule, ça ne dépend pas de la taille du faisceau. La luminosité du faisceau (ça n'a rien à voir avec la lumière, c'est une analogie) permet juste d'augmenter le nombre de collisions et augmente donc la chance d'observer ce qu'on souhaite.

Cela dit dans notre environnement je ne suis pas sûr que des protons dépassent individuellement cette énergie. Seuls les photons m'en semblent capables

Non, dans notre environnement même les photons n'atteignent pas ça, même dans les émissions radioactives gamma les plus dures. Par contre dans les rayons cosmiques les particules (souvent des électrons ou protons) ça le dépasse largement.

[Daniel1958]

Effectivement tout est un peu trompeur. Il parle de faisceau de lumière au LHC et je ne sais pas vraiment pourquoi sauf ton explication. C'est vrai 7 Tev est l'énergie individuelle des protons et 362 MJ par faisceau. A comparer avec le laser de 1 mégajoules. Ça donne une idée de la puissance. il parlait de 80 Kg de Tnt. Il ne faut pas être à côté. C'est un vrai tir de .......mines

Ben je vais te piéger "gentiment" ou pas. Je ne le pense pas

D'ailleurs je n'ai pas osé poser la question

Attention je n'ai pas fait les calculs

J'ai trouvé "En d'autres termes, l'énergie totale d'une particule en mouvement est égale à son énergie de masse additionnée par son énergie cinétique (rien de fondamentalement nouveau)" sur physiquecoursgratuis.net

E=racine (m_o²c⁴ + m²v²c²).

Là la vitesse tangente celle de c.

si je m'en tiens à cette définition je ne vois pas comment passer de 7 Tev à 100 Tev si v²+ou - = c².

Ou alors la masse du proton augmente perpétuellement par v² si la vitesse tend vers la valeur limite c, la masse s'adapte pour que le produit equation m²v² ne soit pas borné (sur physiquecoursgratuis.net)

[Ernum]

Salut,

...
Non, dans notre environnement même les photons n'atteignent pas ça, même dans les émissions radioactives gamma les plus dures. Par contre dans les rayons cosmiques les particules (souvent des électrons ou protons) ça le dépasse largement.

à ce propos :https://www.lemonde.fr/sciences/arti...3_1650684.html

[Paraboloide_Hyperbolique]

E=racine (m_o²c⁴ + m²v²c²).

Là la vitesse tangente celle de c.

si je m'en tiens à cette définition je ne vois pas comment passer de 7 Tev à 100 Tev si v²+ou - = c².

Ou alors la masse du proton augmente perpétuellement par v² si la vitesse tend vers la valeur limite c, la masse s'adapte pour que le produit equation m²v² ne soit pas borné (sur physiquecoursgratuis.net)

Il me semble que cette formule est incorrecte. Celle que je connais est:



Avec, il me semble*, l'impulsion et la facteur de Lorentz.

*Merci de me corriger le cas échéant, mes cours de relativité sont loin et je n'ai pas le loisir de m'y replonger ce soir.

[Daniel1958]

E=racine (m_o²c⁴ + m²v²c²).
Il me semble que cette formule est incorrecte.

Pas vraiment car p²=m²v²

On utilise toujours p² mais pour plus de clarté j'ai préféré développer l'équation pour éviter des termes complexes moins parlants


Cordialement

[Paraboloide_Hyperbolique]

Pas vraiment car p²=m²v²

On utilise toujours p² mais pour plus de clarté j'ai préféré développer l'équation pour éviter des termes complexes moins parlants

Justement, il me semble que vous avez effectué un développement de la quadri-impulsion dans la limite classique et que vous l'utilisez dans un contexte relativiste. Ce qui est incorrect. A mon sens, et si je ne me trompe pas, on devrait plutôt avoir:

[coussin]

Vous avez peut-être tous les deux raisons...
Comme il y a à la fois m_0 et m dans la formule de Daniel, peut-être utilise-t-il l’obsolète "masse relativiste" m=gamma*m_0.
Je ne sais pas...

[Paraboloide_Hyperbolique]

Vous avez peut-être tous les deux raisons...
Comme il y a à la fois m_0 et m dans la formule de Daniel, peut-être utilise-t-il l’obsolète "masse relativiste" m=gamma*m_0.
Je ne sais pas...

J'y ai pensé après coup et c'est en effet une possibilité. A mon sens, il vaudrait mieux éviter d'utiliser masse et "masse relativiste" dans une même formule; car cela peu amener à des confusions. Et Daniel1958 étant prompt à la confusion...

[Daniel1958]

Bonjour

(sur physiquecoursgratuis.net)

Dans l'expression de E , nous pouvons remplacer la vitesse equation par une fonction équation p2=m2v2

et si la vitesse tend vers la valeur limite c, la masse s'adapte pour que le produit equation ne soit pas borné p=m.v

En d'autres termes, l'énergie totale d'une particule en mouvement est égale à son énergie de masse additionnée par son énergie cinétique (rien de fondamentalement nouveau).

Cela entérine le fait que le mouvement relativiste reste proche du mouvement classique.

Bon moi j'ai extrapolé p=m*v dans l'équation pour montrer que la masse/énergie pouvait "enfler" presque indéfiniment


PS comment faites-vous pour écrire des équations. Est-ce du Latex avec une image "collée" ?


Il semble de 100 Tev constitue une énergie "hors norme" > à n'importe quelle astroparticule en mouvement et même au photons gammas


Cordialement


Cela dit je peux me planter totalement.

[mach3]

PS comment faites-vous pour écrire des équations. Est-ce du Latex avec une image "collée" ?

https://forums.futura-sciences.com/a...e-demploi.html

m@ch3

[Daniel1958]

Merci

Ça va réduire les ambiguïtés et tout de suite éclairer les propos.

J'ai mis le premier lien en favoris

Cordialement

[pm42]

J'y ai pensé après coup et c'est en effet une possibilité. A mon sens, il vaudrait mieux éviter d'utiliser masse et "masse relativiste" dans une même formule; car cela peu amener à des confusions. Et Daniel1958 étant prompt à la confusion...

Si on se base sur l'historique, il a pris la masse classique, l'a mise dans la formule sans connaitre la définition de p, s'est trompé et n'a pas pu s'empêcher de t'expliquer que tu avais tort et lui raison quand tu l'as corrigé.

Utiliser la masse relativiste n'est pas une bonne idée de toute manière et sans le préciser nulle part encore moins.
Il faut vraiment être indulgent pour faire des hypothèses où il ne s'est pas trompé vu ce qu'on a déjà vécu.

[Deedee81]

EDIT croisement mais complémentaire

Il semble de 100 Tev constitue une énergie "hors norme" > à n'importe quelle astroparticule en mouvement et même au photons gammas

C'est plutôt élevé en effet. Mais des records existent à 450 TeV.
https://www.futura-sciences.com/scie...gistres-76784/
Et en terme de particules on a encore mieux
https://fr.wikipedia.org/wiki/Zetta-particule
35 millions de TeV, qui dit mieux
On n'est pas près d'atteindre ça avec les grands accélérateurs.

[Daniel1958]

Bonjour

Je ne l'ai pas inventé

si la vitesse tend vers la valeur limite c, la masse s'adapte pour que le produit equation ne soit pas borné p=m.v
En d'autres termes, l'énergie totale d'une particule en mouvement est égale à son énergie de masse additionnée par son énergie cinétique (rien de fondamentalement nouveau).

Ce serait sympa d'expliquer simplement le phénomène comment passer de 7 Tev à 100 Tev (sans passer par des maths complexes).

Car là en approche globale cela "semble" proche d'un niveau record à 7 Tev et on est à 99.99999999% de C .

Je suis preneur

[Daniel1958]

semble de 100 Tev constitue une énergie "hors norme" > à n'importe quelle astroparticule en mouvement et même au photons gammas
C'est plutôt élevé en effet. Mais des records existent à 450 TeV.
https://www.futura-sciences.com/scie...gistres-76784/
Et en terme de particules on a encore mieux
https://fr.wikipedia.org/wiki/Zetta-particule
35 millions de TeV, qui dit mieux
On n'est pas près d'atteindre ça avec les grands accélérateurs.

Ok rien à redire bon pour les gammas il n'y pas de limites théoriques (enfin sauf exceptions bien sûr) mais pour les neutrinos là je reste Baba. Je me demande si à ce niveau d'énergie (que je ne comprends pas) s'il y a systématiquement interaction avec la matière (quand elle est rencontrée).

Tient il me semble (je n'en suis pas sûr) que l'on arrive à des énergies requises pour la gravitation quantique à boucles)

[Deedee81]

Ce serait sympa d'expliquer simplement le phénomène comment passer de 7 Tev à 100 Tev (sans passer par des maths complexes).
Car là en approche globale cela "semble" proche d'un niveau record à 7 Tev et on est à 99.99999999% de C .

J'avoue que je ne comprend pas la question. Comment ça "passer" ? Mathématiquement ou techniquement ???
Mathématiquement : multiplier par le facteur gamma
Techniquement : avec des champs électriques intense

Je me demande si à ce niveau d'énergie s'il y a systématiquement interaction avec la matière (quand elle est rencontrée).

Pas nécessairement mais l'interaction reste forte et quand ça pénètre l'atmosphère l'interaction est inévitable. Avec production de milliers de particules.

Tient il me semble (je n'en suis pas sûr) que l'on arrive à des énergies requises pour la gravitation quantique à boucles)

On en est loin (il y avait eut un espoir avec les gamma ray burst en effet, mais les calculs étaient trop approchés et faux).

[Quarkonium]

Ce serait sympa d'expliquer simplement le phénomène comment passer de 7 Tev à 100 Tev (sans passer par des maths complexes).

Car là en approche globale cela "semble" proche d'un niveau record à 7 Tev et on est à 99.99999999% de C .

Ce qui n'est peut-être pas clair, c'est qu'en mécanique relativiste l'énergie cinétique d'une particule n'est pas simplement proportionnelle à sa vitesse au carré. Et inversement, la vitesse n'est pas simplement proportionnelle à la racine de l'énergie cinétique.

Accélérer une particule de 1 m/s alors qu'elle voyage à une vitesse de l'ordre de c requiert beaucoup plus d'énergie qu'accélérer la même particule de 1 m/s quand elle voyage à une vitesse très inférieure à c. Accélérer une particule massive jusqu'à exactement c requiert une énergie infinie, cela est donc impossible.

Ainsi, une particule avec 7 TeV d'énergie voyage avec une vitesse de 99.99999999% de c, tandis qu'une particule avec une énergie de 100TeV voyage avec une vitesse de 99.9999999999999999% de c (enfin je n'ai pas calculé exactement combien de 9 mettre après la virgule mais tu vois l'idée). La différence de vitesse entre les deux particules apportée par l'ajout d'énergie cinétique est bien là, elle est juste de plus en plus négligeable au plus on s'approche de c. C'est une valeur asymptotique inatteignable pour les particules massives.

[jacquolintégrateur]

@JPL
Bonjour
Mais il y a une ''Forme Forte'': Même si ça ne peut pas rater, ça ratera quand même !!
Cordialement

[Sethy]

Même question en ce qui concerne l'annihilation neutron-antineutron ...

[Daniel1958]

Citation Envoyé par Daniel1958 Voir le message
Ce serait sympa d'expliquer simplement le phénomène comment passer de 7 Tev à 100 Tev (sans passer par des maths complexes).
Car là en approche globale cela "semble" proche d'un niveau record à 7 Tev et on est à 99.99999999% de C .
J'avoue que je ne comprends pas la question. Comment ça "passer" ? Mathématiquement ou techniquement ???
Mathématiquement : multiplier par le facteur gamma
Techniquement : avec des champs électriques intense

Tiens j'ai trouvé ça sur le site la science pour tous

L’accélérateur de particule LHC au CERN aura une énergie de collision de 14 milliers de milliards d’électronVolt, soit 14 TeV = 2,24 micro Joules, c’est-à-dire l’énergie d’un moustique en plein vol mais dans un volume plusieurs milliards de fois plus petit qu’un moustique !!

(A comparer à 362 MJ par faisceau *2)

Quakonium donne en fait la réponse on va dire mathématiquement simple et assez élaborée les aspects principaux sont évoqués

Ainsi, une particule avec 7 TeV d'énergie voyage avec une vitesse de 99.99999999% de c, tandis qu'une particule avec une énergie de 100TeV voyage avec une vitesse de 99.9999999999999999% de c (enfin je n'ai pas calculé exactement combien de 9 mettre après la virgule mais tu vois l'idée). La différence de vitesse entre les deux particules apportée par l'ajout d'énergie cinétique est bien là, elle est juste de plus en plus négligeable au plus on s'approche de c. C'est une valeur asymptotique inatteignable pour les particules massives.

Bon le problème c'est que la physique est multiple et tu as plein de boite à outils

Là c'est de la physique relativiste qui n'est pas intuitive. Ce n'est plus une simple relation linéaire comme 1/2mv ². Il y a une barrière infranchissable C mais (c'était sur le coup ce que j'avais du mal à comprendre) la particule ne arrête pas de prendre de l'énergie (il faut bien sur lui en donner). Je veux dire le gain vitesse est de 0.0000000099999999% mais on passe de 7 Tev à 100 Tev. Soit une valeur 14,3 fois supérieure.
Qu'on me dise plus que la RR est simple. Je pense même que pour un spécialiste en Géométrie la RG n'est pas beaucoup plus compliquée hors équations bien sûr.

Tient il me semble (je n'en suis pas sûr) que l'on arrive à des énergies requises pour la gravitation quantique à boucles)

je n'ai pas retrouvé le chiffre donné par Mthéory qui était énorme.


Cordialement

[Daniel1958]

Merci

Très clair et cela répond parfaitement à ma question. Bonne pédagogie. Très content

Cordialement