Baryon
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Les huit baryons de spin 1/2, classés par étrangeté (S) et charge (Q)
Les huit baryons de spin 1/2, classés par étrangeté (S) et charge (Q)

Un baryon est, en physique des particules, une catégorie de particules, dont les représentants les plus connus sont le proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.) et le 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...). Le terme " baryon " vient du grec barys qui signifie " lourd " ; il se réfère au fait que les baryons sont en général plus lourds que les autres types de particules.

Caractéristiques

Les dix baryons de spin 3/2, classés par étrangeté (S) et charge (Q)
Les dix baryons de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa masse et sa charge électrique. Comme la majorité...) 3/2, classés par étrangeté (S) et 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 non pécuniaire pour être...) (Q)

Les baryons appartiennent à la famille des hadrons, c'est-à-dire qu'ils sont composés de quarks. Les baryons sont composés de trois quarks. En tant qu'hadrons, les baryons sont sensibles 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.

Les baryons sont également des fermions, ils sont donc soumis au principe d'exclusion de Pauli et décrits par la statistique de Fermi-Dirac (En mécanique quantique, la statistique de Fermi-Dirac désigne la distribution statistique de fermions indiscernables (tous similaires) sur les états d'énergie d'un système à l'équilibre thermodynamique. La distribution en...).

Les baryons ont leurs propres antiparticules, les anti-baryons, qui sont constitués de trois anti-quarks.

Familles

Les baryons les plus courants sont les nucléons, c'est-à-dire les protons et les neutrons. Mis à part ceux-ci, différentes familles de baryons (Δ, Λ, Σ, Ξ, Ω) ont été observées ; elles se différencient par les types de quarks qui les constituent :

  • Les nucléons sont composés d'une combinaison (Une combinaison peut être :) de quarks u et d. Le proton est supposé stable. Le neutron a une durée de vie (La vie est le nom donné :) de 886 s.
  • Les baryons delta (Δ++, Δ+, Δ0, Δ) sont également composés d'une combinaison de 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 matière.) u et d et se désintègrent en un pion (Le terme Pion peut désigner :) et un proton ou un neutron.
  • Les baryons lambda (Λ0, Λ;+c) sont composés d'un quark u, d'un quark d et d'un quark c ou s. La découverte du Λ0 fut la première observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En science, il s'agit d'approches de recherche...) du quark s.
  • Les baryons sigma (Σ+, Σ0, Σ) sont composés d'un quark s et d'une combinaison de quarks u et d.
  • Les baryons xi (Ξ0, Ξ) sont composés de deux quarks s et d'un quark u ou d. Ξ0, composé d'un quark u et de deux quarks s, se désintègre en un Λ0 et un pion neutre, qui lui-même se désintègre rapidement en un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) et un positron ; ces deux particules s'annihilent immédiatement en produisant des rayons gamma.
  • Les baryons oméga (Ω, Ω0c) sont composés de deux quarks s et d'un dernier quark qui n'est ni u, ni d. Le baryon (Un baryon est, en physique des particules, une catégorie de particules, dont les représentants les plus connus sont le proton et le neutron. Le terme « baryon » vient du...) Ω est composé de trois quarks s. Sa découverte fut un succès dans l'étude des quarks, sa 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 la force de gravitation (la...) et ses produits de désintégration ayant été correctement déterminés avant celle-ci.

Les baryons composés d'au moins un quark s sont nommés hypérons.

Les baryons exotiques sont des particules composées de trois quarks et de particules additionnelles (qui peuvent être également des quarks). Les pentaquarks, qui auraient été observés par certaines expériences récentes en physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi physique...), en font partie. Ces pentaquarks sont constitués de 4 quarks et d'un antiquark. Par exemple, le Θ(1540)+ serait constitué de deux quarks u, de deux quarks d et d'un anti-quark s?. L'existence des pentaquarks est toujours controversée.

Une expérience récente (avril 2005) du laboratoire Jefferson qui était sensée mettre en évidence les pentaquarks n'a rien donné, et semblerait donc remettre en cause leur existence (lien).

Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) baryonique

Le terme " matière baryonique " désigne la matière composée principalement de baryons (en pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une expression comme « 45 % » (lue « 45 pour cent ») est en réalité la sténographie pour la fraction 45/100 dont...) de la masse totale). Cela inclut les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) et donc à peu près la totalité de la matière ordinaire.

À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...), la matière non-baryonique en est l'exacte antithèse, c'est-à-dire la matière qui n'est pas composée de baryons. Dans l'absolu, cela concerne les neutrinos, les photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un point de...) et les électrons, mais le terme est généralement réservé à la matière " exotique " — et fortement spéculative — comme la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies. Différentes...) non baryonique[1], les particules supersymétriques, et les axions et les constituants. La distinction entre matière baryonique et non-baryonique est importante en cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) car la matière noire non baryonique se comporte de façon significativement différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de...) de la matière baryonique. En particulier, elle n'interagit pas avec le rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique et magnétique.) et est, comme son nom l'indique " noire " et difficile à détecter expérimentalement.

L'existence même des baryons est un problème classique en cosmologie. Il est généralement supposé que le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui...) a initalement produit des quantités égales de baryons et d'antibaryons. Le processus qui a conduit les baryons a être légèrement plus nombreux que leurs antiparticules est appelé baryogénèse.

Liste

Cette table présente les caractéristiques de quelques baryons. Elle n'est pas exhaustive.

Famille Symbole Quarks Masse au repos
(MeV.c-2)
Spin Charge
(e)
Étrangeté Charme (Les charmes constituent un genre d'arbres et d'arbustes de la famille des Bétulacées (sous-famille des Coryloïdées) des régions tempérées de...) Durée de vie
(s)
Désintégration
Proton p uud 938,3 1/2 +1 0 0 Stable[2]
Neutron n ddu 939,6 1/2 0 0 0 885,7[3] p + e- + \bar{\nu_e}
Delta Δ++ uuu 1 232 3/2 +2 0 0 0,6×10-23 π+ + p
Delta Δ+ uud 1 232 3/2 +1 0 0 0,6×10-23 π+ + n
π0 + p
Delta Δ0 udd 1 232 3/2 0 0 0 0,6×10-23 π0 + n
π- + p
Delta Δ ddd 1 232 3/2 -1 0 0 0,6×10-23 π- + n
Lambda Λ0 uds 1 115,7 1/2 0 -1 0 2,63×10-10 π- + p
π0 + n
Lambda Λ+c udc 2 284,9 1/2 +1 0 +1 2,0×10-13
Lambda Λ0b udb 5 624 1/2 0 0 0 1,2×10-12
Sigma Σ+ uus 1 189,4 1/2 +1 -1 0 0,8×10-10 π0 + p
π+ + n
Sigma Σ0 uds 1 192,6 1/2 0 -1 0 7,4×10-20 Λ0 + γ
Sigma Σ dds 1 197,4 1/2 -1 -1 0 1,5×10-10 π- + n
Xi Ξ0 uss 1 314,8 1/2 0 -2 0 2,9×10-10 Λ0 + π0
Xi Ξ dss 1 321,3 1/2 -1 -2 0 1,6×10-10 Λ0 + π-
Xi Ξ0c dsc 2 471,8 3/2 0 -1 +1 1,1×10-13
Xi Ξ+c usc 2 466,3 3/2 +1 -1 +1 4,4×10-13
Oméga Ω sss 1 672,4 3/2 -1 -3 0 0,82×10-10 Λ0 + K-
Ξ0 + π-
Oméga Ω0c ssc 2 697,5 1/2 0 -2 +1 6,9×10-14

Notes

  1. . Il est à noter qu'il existe aussi une forme de matière noire baryonique constituée, elle, de matière ordinaire mais qui interagit peu ou pas avec la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...). On peut citer par exemple les MACHOs et les naines brunes.
  2. La durée de vie du proton est au moins de 1030 s.
  3. Pour les neutrons libres ; dans les noyaux atomiques communs, le neutron est stable.
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