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Fermion

Il existe deux grandes classes de particules élémentaires: les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules à spin demi-entier (c'est-à-dire multiple de 1/2): l'électron, le muon, le neutrino et les quarks sont des fermions.

Les fermions se regroupent en deux familles:

  1. les leptons, qui ne sont pas soumis à l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) forte;
  2. les quarks, qui sont soumis à toutes les interactions de la nature.

Les autres fermions sont tous composés.

Les leptons

Dans la famille des leptons, on connaît :

  • l'électron : cette particule stable est de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à...) modeste, près de mille huit cent trente-six fois moindre que celle du proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.), et de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice...) négative e- ;
  • le muon (Le muon est, selon le modèle standard de physique des particules, le nom donné à deux particules élémentaires de charge positive...) : cette particule instable a la même charge que l'électron et est deux cent dix fois plus massive (Le mot massif peut être employé comme :) que ce dernier. Laissé à lui-même, le muon se désintègre en 2,197×10-6 s par le biais de l'interaction faible, laissant à sa place un électron, un neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. C’est un fermion de spin ½.) μ et un antineutrino ;
  • le tauon (Le tauon est une particule de la famille des leptons, de masse 1777 MeV.c-2. Il est symbolisé par τ − . Ses propriétés sont proches de celles de...) : cette particule très instable a aussi la même charge que l'électron, tandis que sa masse lui est de trois mille cinq cent fois supérieure. Il se désintègre en 10-13 s, laissant à sa place un neutrino τ et un antineutrino ;
  • le neutrino : le plus léger des fermions. Il n'a qu'une charge faible (alors que l'électron possède aussi une charge électrique). Il n'a presque aucune interaction avec la matière. Il existe trois types de neutrinos :
    1. le neutrino μ (émis lors de la désintegration d'un muon) ;
    2. le neutrino électronique e (émis lors de la désintégration β -transformation d'un neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les protons, sont les...) en proton) ;
    3. le neutrino τ (émis lors de la désintegration du tauon).
    En raison de leur masse modeste (les neutrinos μ et τ ont une masse bien inférieure à celle de l'électron), ces trois types de neutrinos sont stables. Les neutrinos sont probablement les particules les plus abondantes de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

Les quarks

On compte six représentants de la famille des quarks : le quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants élémentaires de la...) down (d), le quark up (u), le quark strange (s) et trois autres, produits en laboratoire. Les quarks s'associent par triplets pour former protons (u, u et d) et neutrons (d, d et u). Leur masse varie, mais est dans tous les cas bien supérieure à celle de l'électron. Ils possèdent une charge de couleur (En physique des particules , la charge de couleur est une propriété des quarks et des gluons qui ont leur propre interaction forte dans le contexte de la...) qui les soumet à l'interaction forte, la plus importante des interactions.

Le principe d'exclusion de Pauli

Le principe d'exclusion de Pauli formulé en 1925 par Wolfgang Pauli interdit à deux fermions de se trouver au même endroit dans le même état quantique.

Ainsi dans l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une...), tous les électrons ont des nombres quantiques différents et c'est le cas dans tous les autres système de fermions...

Propriétés des fermions

À l'échelle quantique, les fermions présentent une nature duale, c'est-à-dire qu'il peuvent se comporter comme des particules mais aussi comme des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...).

À l'échelle macroscopique, les fermions apparaissent tous comme des particules: c'est le cas de l'électron, du muon et de tous les autres fermions...

On remarque également que tous les fermions ont une charge quelconque: le neutrino a une charge faible, l'électron a, en plus, une charge électrique et les quarks naturels (qui ne sont pas obtenus en laboratoire) ont à la fois des charges électrique et faible mais aussi une charge de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) le soumettant à l'interaction forte.

Enfin, si les bosons peuvent être vecteurs d'interactions, ce n'est jamais le cas pour les fermions...

Tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) récapitulatif :

 
Fermions élémentaires
Fermions composés
Quarks
Leptons
Nucléons
Hypérons
Charge
- 1/3
+ 2/3
- 1
0
+ 1
0
- 1
0
+ 1
stable down up électron neutrino électronique proton    
instable strange
beauty
charmed
top
muon
tauon
neutrino muonique
neutrino taunique
  neutron Sigma -
Ksi -
Oméga -
Sigma 0
Ksi 0
Lambda 0
Sigma +

Lambda +
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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