stabilité proton antiproton

[mackay24]

Bonjour,

pourquoi un antiproton et un proton devraient forcément s' annihiler ? Car en effet l' antiproton par sa charge opposée est comme un électron, ainsi (dans un schéma donc hors-

collision) ne devrait-on pas obtenir un atome stable d' hydrogène '' hyper lourd'' avec un proton en guise de noyau et un antiproton comme électron ?

Pourrait-on par exemple ioniser totalement un atome avec un numéro atomique assez lourd genre du plomb et à la place de tous ces électrons on lui greffe petit à petit des antiprotons ?

Merci beaucoup
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[pm42]

Car en effet l' antiproton par sa charge opposée est comme un électron

La charge est juste une caractéristique d'une particule, cela ne suffit pas à la définir et de loin et encore moins à provoquer l'annihilation.
Par exemple, le proton est composé de quarks alors que l'électron est une particule élémentaire.

[mach3]

voir ici :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Protonium

m@ch3

[coussin]

À noter qu'un tel système existe, bien qu’éphémère. https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Protonium

[A voir en vidéo sur Futura]

[ThM55]

C'est une bonne question! On a mentionné le protonium. Il existe aussi le positronium, formé d'un électron et d'un positron. Il a un spectre qui ressemble à celui de l'hydrogène, sauf que l'espacement entre les niveaux d'énergie est approximativement divisé par deux.

Mais la question est: pourquoi le positronium (ou le protonium) n'est-il pas stable, comme l'atome d'hydrogène, auquel il ressemble tant?

La raison se trouve dans la solution de l'équation de Schrödinger pour les états stationnaires. Prenons le cas de l'atome d'hydrogène, qui est bien connu. La dépendance radiale de la fonction d'onde dans l'état fondamental ne s'annule pas au centre du système de coordonnées (la formule mathématique est visible dans Wikipedia: https://fr.wikipedia.org/wiki/Atome_..._pr%C3%A9sence , c'est une exponentielle décroissante). Cela veut dire que la probabilité de présence de l'électron très près du proton n'est pas nulle. Elle y est même maximale et décroît avec l'éloignement. Mais le fait que l'électron et le proton peuvent se trouver très proches l'un de l'autre n'a pas de conséquence catastrophique: le proton et l'électron n'ont aucune raison de s'annihiler. Ils se disent juste poliment bonjour et il restent dans le même état (du moins avec une très très grande probabilité; le proton et l'électron interagissent aussi faiblement, mais c'est un autre sujet, surtout important dans les étoiles à neutrons).

Au départ la situation est similaire pour le positronium: la particule et son antiparticule ont une probabilité non négligeable de se trouver très près l'un de l'autre. De plus elles ont la même masse. Mais c'est très différent car l'électrodynamique quantique autorise l'annihilation en deux photons (il y a un petit détail technique relatif au spin mais pour simplifier, je ne considère que le cas où les deux spins sont antiparallèles, le spin total étant nul). Et en théorie quantique, ce qui est autorisé se produit. Simplement c'est aléatoire mais cela arrive d'autant plus rapidement que les probabilités sont élevées.

[ThM55]

La page de Wikipedia anglais est peut-être un peu plus explicite concernant la densité probabilité de présence dans un volume proche du centre: https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrog...inger_equation . On voit que la décroissance est exponentielle au delà du rayon de Bohr et non nulle au centre.