Neutron - Définition et Explications

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Introduction

Neutron
Représentation schématique de la composition en quarks d'un neutron, avec deux quarks d et un quark u. L'interaction forte est transmise par des gluons (représentés ici par un tracé sinusoïdal). La couleur des quarks fait référence aux trois types de charges de l'interaction forte : rouge, verte et bleue. Le choix de couleur effectué ici est arbitraire, la charge de couleur circulant à travers les trois quarks.
Représentation schématique de la composition en quarks d'un neutron, avec deux quarks d et un quark u. L'interaction forte est transmise par des gluons (représentés ici par un tracé sinusoïdal). La couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) des quarks fait référence aux trois types de charges de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) forte : rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...), verte et bleue. Le choix de couleur effectué ici est arbitraire, la charge de couleur (En physique des particules , la charge de couleur est une propriété des quarks et des gluons qui...) circulant à travers les trois quarks.
Propriétés générales
Classification Particule composite (baryon)
Composition 1 quarks u
2 quarks d
Famille Fermion (Le modèle standard classe les particules élémentaires en deux grandes...)
Groupe Baryon (Un baryon est, en physique des particules, une catégorie de particules, dont les...) (nucléon)
Interaction(s) Forte, faible, gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...)
Symbole n, n0
Antiparticule (A chaque type de fermions fondamentaux correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l' électron...) Antineutron (L'antineutron est l'antiparticule du neutron. L'antineutron possède la même masse...)
Propriétés physiques
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) 939,565 MeV.c-2
Charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de...) 0 C
Moment dipôlaire <2,9×10−26 e.cm
Polarisabilité électrique 1,16(15)×10−3 fm3
Moment magnétique (En magnétostatique, soit une distribution de courants permanents à support compact de volume V.) −1,9130427(5) μN
Polarisabilité magnétique 3,7(20)×10−4 fm3
Charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) de couleur 0
Spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) ½
Isospin (En physique des particules, l'isospin est une symetrie de l'intéraction forte qui est...) ½
Parité +1
Durée de vie (La vie est le nom donné :) 885,7 ± 0,8 s
Historique
Prédiction Ernest Rutherford (Sir Ernest Rutherford (30 août 1871 à Brightwater, Nouvelle-Zélande -...) (1920)
Découverte 1932
Découvreur James Chadwick (Sir James Chadwick (20 octobre 1891 à Manchester - 24 juillet 1974 à...)

Le neutron est une particule subatomique (Une particule subatomique est un composant de la matière de taille inférieure à un...) de charge électrique totale nulle.

Les neutrons sont présents dans le noyau des atomes, éventuellement liés avec des protons par l'interaction forte. Si le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de protons d'un noyau détermine son élément chimique, le nombre de neutrons détermine son isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique...). Les neutrons liés dans un noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de...) sont en général stables mais les neutrons libres sont instables : ils se désintègrent en un peu moins de 15 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...). Les neutrons libres sont produits dans les opérations de fission et de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) nucléaires.

Le neutron n'est pas une particule élémentaire (On appelle particules élémentaires les constituants fondamentaux de l'univers...), étant composé de trois autres particules : un quark up (Le quark up (parfois appelé quark haut, mais la terminologie anglophone est la plus couramment...) et deux quarks down.

Caractéristiques

Description

Le neutron est un fermion de spin ½. Il est composé de trois quarks, ce qui en fait un baryon. Les deux quarks down et le quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie...) up du neutron sont liés par l'interaction forte, transmise par des gluons.

La masse du neutron est égale à environ 1,0086655 u, soit à peu près 939,5653 MeV ou 1,675×10-27 kg. Le neutron est 1,0014 plus massif (Le mot massif peut être employé comme :) que le proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire...). Sa charge électrique est très exactement nulle, étant égale à la somme des charges électriques de ses quarks : celle du quark up vaut 2/3e et celle de chaque quark down (Le quark down (parfois appelé quark bas, mais la terminologie anglophone est la plus...) vaut -1/3e.

Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) comme le proton, le neutron est un nucléon (Le terme nucléon désigne de façon générique les composants du noyau atomique, i.e. les protons...) et peut être lié à d'autres nucléons par la force nucléaire (La force nucléaire est une force qui s'exerce entre nucléons. Elle est responsable de la...) à l'intérieur d'un noyau atomique. Le nombre de protons d'un noyau (son numéro atomique (Le numéro atomique (Z) est le terme employé en chimie et en physique pour représenter le nombre...), noté Z) détermine les propriétés chimiques de l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) et donc quel élément chimique il représente ; le nombre de neutrons détermine en revanche l'isotope de cet élément. Le nombre de masse (Le nombre de masse (A) est le terme employé en chimie et en physique pour représenter le nombre...) (noté A) est le nombre total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) de nucléons du noyau.

Le modèle standard de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants...) prédit une légère séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque...) des charges positive et négative à l'intérieur du neutron, conduisant à un moment dipolaire électrique permanent. La valeur prédite est cependant trop petite pour être mesurée avec les instruments actuels.

Le neutron possède une antiparticule, l'antineutron.

En utilisant l'hypothèse de de Broglie (En physique, l'hypothèse de de Broglie est l'affirmation que toute matière est dotée...), l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) d'un neutron (en meV) est reliée à sa longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) (en Å=1×10-10 m) par

E = \frac{81,8}{\lambda^2}

Stabilité

Diagramme de Feynman (Un diagramme de Feynman est une représentation symbolique permettant de faire des calculs en...) de la désintégration bêta d'un neutron en un proton, un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) et un antineutrino électrique par l'intermédiaire d'un boson W (Le boson W est une particule élémentaire de la classe des bosons. Cette particule existe...).

Selon les contraintes du modèle standard de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) des particules, comme le neutron est composé de trois quarks, son seul mode de désintégration possible (sans modifier le nombre baryonique) suppose le changement de saveur d'un quark par l'intermédiaire de l'interaction faible. La désintégration d'un quark down, de charge -1/3, en un quark up, de charge +2/3, est réalisée par l'émission d'un boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés...) W ; de cette façon, le neutron se désintègre en un proton (qui contient un quark down et deux quarks up), un électron et un antineutrino électronique.

À l'extérieur d'un noyau atomique, le neutron libre est instable et sa durée de vie moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) est de 885,7 s (soit un peu moins de 15 minutes ; la demi-vie (La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour...) correspondante est de 613,9 s, soit un peu plus de 10 minutes). Il se désintègre suivant le processus décrit ci-dessus. Ce processus, nommé désintégration bêta, peut également transformer un neutron à l'intérieur d'un noyau atomique instable.

À l'intérieur d'un noyau atomique, un proton peut se transformer en neutron par un processus de désintégration bêta inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...). La transformation provoque également l'émission d'un positron (En physique des particules, le positron ou positon est l'anti-particule associée à l'électron....) (un antiélectron) et d'un neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des...) électronique.

Dans un noyau atomique, l'instabilité du neutron est contre-balancée par celle qui serait acquise par le noyau dans son ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) si un proton additionnel participait aux interactions répulsives des autres protons déjà présents. De cette façon, si les neutrons libres sont instables, les neutrons liés ne le sont pas forcément.

Radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur...)

La radioactivité produit des neutrons libres. Ces neutrons peuvent être absorbés par les noyaux d'autres atomes qui peuvent alors devenir instables. Ils peuvent aussi provoquer une fission nucléaire (La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd (noyau...) par collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) avec le noyau.

Le neutron étant globalement neutre, il ne produit pas directement d'ionisations en traversant la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...). En revanche, il peut avoir de nombreuses réactions avec les noyaux des atomes (capture radiative, diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) inélastique, réactions produisant des particules alpha ou d'autres neutrons, fission du noyau, etc.), produisant chacune des rayonnements ionisants. À ce titre, les neutrons sont considérés comme un rayonnement ionisant (Un rayonnement ionisant est un rayonnement qui produit des ionisations dans la matière qu'il...), soit un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) qui produit des ionisations dans la matière qu'il traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de...).

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