Fermion - Définition et Explications

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Introduction

Le modèle standard classe les particules élémentaires en deux grandes familles : les fermions et les bosons. Formellement, les fermions obéissent à la statistique de Fermi-Dirac et les bosons obéissent à celle de Bose-Einstein. Les fermions sont les particules à spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) demi-entier (c'est-à-dire 1/2, 3/2, 5/2, ...) : l'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...), le muon (Le muon est, selon le modèle standard de physique des particules, le nom donné à...), le neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des...) 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...) 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...) 1836 fois moindre que celle du proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire...), et de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) négative -e ;
  • le muon : cette particule instable a la même charge que l'électron et est 210 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 μ et un antineutrino ;
  • le tauon : cette particule très instable est de même charge que l'électron, tandis que sa masse lui est de 3500 fois supérieure. Il se désintègre en 2,8×10-13 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 (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...). Il existe trois types de neutrinos :
    1. le neutrino μ (émis lors de la désintégration d'un muon) ;
    2. le neutrino électronique e (émis lors de la désintégration β -transformation d'un neutron (Le neutron est une particule subatomique de charge électrique totale nulle.) en proton) ;
    3. le neutrino τ (émis lors de la désintégration du tauon).
    En raison de leur faible masse (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.).

Le principe d'exclusion de Pauli

Le principe d'exclusion de Pauli formulé en 1925 par Wolfgang Pauli (Wolfgang Ernst Pauli (25 avril 1900 à Vienne - 15 décembre 1958...) interdit à deux fermions de se trouver au même endroit dans le même état quantique (En mécanique quantique, l'état d'un système décrit tous les aspects du système physique. Il...).

Ainsi dans l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...), tous les électrons ont des nombres quantiques différents ; c'est également le cas dans tous les autres système de fermions.

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...) 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...) qui les soumet à l'interaction forte, la plus importante des interactions.

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...).

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 (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de...) 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...) 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 +
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