Neutron - Définition et Explications

Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.

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 lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s)...) 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 d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) forte : rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.), 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 ont leur propre interaction forte dans le contexte de la chromodynamique quantique. Il y a une analogie avec la...) circulant à travers les trois quarks.
Propriétés générales
Classification Particule composite (baryon)
Composition 1 quarks u
2 quarks d
Famille 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...)
Groupe 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...) (nucléon)
Interaction(s) Forte, faible, gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction réciproque des corps massifs entre eux, sous l'effet de leur masse. Il s'observe au quotidien en raison de l'attraction terrestre qui...)
Symbole n, n0
Antiparticule (A chaque type de fermions fondamentaux correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l' électron est associé au positron, et les quark, à leurs antiquark. La première...) Antineutron (L'antineutron est l'antiparticule du neutron. L'antineutron possède la même masse et la même charge que le neutron, mais est composé d'antiquarks.)
Propriétés physiques
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 masse grave)....) 939,565 MeV.c-2
Charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.) 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 transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un...) de couleur 0
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...) ½
Isospin (En physique des particules, l'isospin est une symetrie de l'intéraction forte qui est mathématiquement analogue au spin. On dit aussi que c'est un nombre quantique.) 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 - 19 octobre 1937 à Cambridge, Angleterre) est considéré comme le père de...) (1920)
Découverte 1932
Découvreur James Chadwick

Le neutron est une particule subatomique (Une particule subatomique est un composant de la matière de taille inférieure à un atome. On distingue les particules...) 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 grammatical ».) 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 nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons. Le nombre de protons dans...). Les neutrons liés dans un noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de neutrons (les nucléons). La taille du noyau (10-15 m) est considérablement plus petite que celle de l'atome (10-10 m) et concentre...) 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 acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...). 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 liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes...) nucléaires.

Le neutron n'est pas une particule élémentaire (On appelle particules élémentaires les constituants fondamentaux de l'univers décrits par le modèle standard de la physique des...), étant composé de trois autres particules : un quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants élémentaires...) up 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 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 positive.). 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 vaut -1/3e.

Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) 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 les neutrons qui sont tous deux des baryons. Le nombre de nucléons par atome est généralement noté...) 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 liaison des protons et des neutrons dans les noyaux atomiques. Cette force...) 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 de protons du noyau d'un atome. Un atome peut être schématisé en première approche par...), noté Z) détermine les propriétés chimiques de l'atome (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...) 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 de nucléons du noyau d'un atome.) (noté A) est le nombre total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le total n'est...) 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 élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On...) prédit une légère séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs...) 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 d'une onde associée : ceci donne lieu à la dualité onde-particule. De plus, la longueur d'onde et la quantité de mouvement...), l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) d'un neutron (en meV) est reliée à sa longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales....) (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 théorie quantique des champs perturbative. Ces représentations, inventées par Feynman dans les...) 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 électrique élémentaire de signe négatif. C'est un...) et un antineutrino électrique par l'intermédiaire d'un boson W (Le boson W existe sous deux états opposés de charges électriques notés W+ et W-. Les W+ et W- sont deux des trois bosons de jauge de l'interaction faible. Le...).

Selon les contraintes du modèle standard de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) 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 de symétrie particulières lors de l'échange de particules : un système de particules identiques se comportant comme...) 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 quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient...) 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 perdre la moitié de son activité pharmacologique,...) 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 composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...). 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. Il possède une charge électrique de +1 (contre -1 pour l'électron), le même spin...) (un antiélectron) et d'un neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. C’est un fermion de spin ½.) 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 d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude...) 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 l'uranium et très vite confirmé par Marie Curie pour le thorium, est un phénomène physique naturel au cours duquel...)

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 qui contient beaucoup de nucléons, tels les noyaux d'uranium et de plutonium) est divisé en plusieurs nucléides...) par collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) 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 trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...). 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 « distribution », de « mise à disposition » (diffusion...) 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 traverse. Ces rayonnements ionisants, lorsqu'ils sont...), soit un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) 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 la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des véhicules...).

Page générée en 0.109 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique