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

Les premières particules

Propriétés principales des premières particules identifiées
Particule Masse Charge électrique
Neutron 1 u.m.a neutre
Proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.) 1 u.m.a e
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.) 1/2000 u.m.a. -e

L'idée voulant que 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 gazeux. La matière...) soit composée de constituants fondamentaux est très vieille. Les Grecs de l'antiquité, dont Démocrite, ont introduit le mot « atome », qui signifie « indivisible », pour faire référence à de tels constituants.

On crut déceler au XIXème siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et...) des éléments indissociables de la matière que l'on nomma donc atomes. Le XXème découvrit que ces "atomes" étaient eux-mêmes composés de plus petites particules : électron(s), proton(s) et neutron(s). Il fut décidé cependant de ne pas changer la terminologie existante et le paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une absurdité, ou encore, une situation qui contredit l'intuition...) "briser un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...)" devint courant. Il fut découvert que ces particules elles-mêmes pouvaient être vues comme assemblages d'objets plus petits, les quarks, assemblés toujours à plusieurs et de façons différentes.

On remarque que les protons et les neutrons ont des masses quasi-identiques. La valeur de l'unité de masse atomique (1 u.m.a.) est égale a 1 gramme (Le gramme est une unité de masse du Système international (l'unité de base est le kilogramme) et du système CGS. L'abréviation du gramme est g.) divisé par le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'Avogadro, si bien qu'une mole de nucléons pèse un gramme.

Les charges du proton et de l'électron sont exactement opposées, 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...) est exactement neutre électriquement. La charge élémentaire (La charge élémentaire est, en physique, la charge électrique d'un proton ou, de façon équivalente, l'opposé de la charge électrique d'un électron. Elle est notée e.), e, vaut 1,6×10-19 C.

Particules élémentaires du modèle standard

Fermions

Les fermions sont décrits par le modèle standard comme ayant un 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...) demi-entier et respectant le principe d'exclusion de Pauli en accord avec le théorème (Un théorème est une proposition qui peut être mathématiquement démontrée, c'est-à-dire une assertion qui peut être établie comme vraie au travers...) spin-statistique. Il existe douze fermions décrits par le modèle standard.

Leptons

Parmi les douze fermions du modèle standard, six 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...) forte et ne connaissent que l'interaction faible et l'interaction électromagnétique : ce sont les leptons. L'interaction électromagnétique ne concerne que les particules portant une charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.), tandis que l'interaction faible agit sur tous les leptons, y compris électriquement neutres.

Charge
électrique
0 –1 e   ( e = 1,602176487×10-19 C )
Génération Particule Symbole /
antiparticule
Masse
(keV/c2)
Particule Symbole /
antiparticule
Masse
(keV/c2)
1ère Neutrino électronique νe   /   νe < 0,0022 Électron e –   /   e + 511
2ème Neutrino muonique νµ   /   νµ < 170 Muon µ –   /   µ + 105 700
3ème Neutrino tauique ντ   /   ντ < 15 500 Tau τ –   /   τ + 1 777 000

Chaque lepton (Un lepton est une particule élémentaire qui n'est sensible qu'à l'interaction électrofaible et à la gravitation. Le terme lepton provient du mot grec signifiant « léger » et se réfère à la faible masse du premier lepton...) a son antilepton, de même masse, même spin, mais de charge électrique opposée, d'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.) faible opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à ajouté à n donne zéro. En botanique, les organes d'une plante sont dits opposés lorsqu'ils sont...) ou encore d'hélicité 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...) (gauche pour les neutrinos, droite pour les antineutrinos) :

  • un antineutrino pour chaque saveur de neutrino
  • le positon pour l'électron
  • l'antimuon (En physique des particules, l'antimuon est l'anti-particule associée au muon. L'antimuon possède une charge électrique de +1, un spin de 1/2 et la même masse que le muon.) pour le muon
  • l'antitau pour le tau

Quarks

Synthèse additive des couleurs primaires.

Parmi les douze fermions du modèle standard, six seulement connaissent l'interaction forte au même titre que l'interaction faible et l'interaction électromagnétique : ce sont les quarks.

L'interaction forte est responsable du confinement des quarks, à cause duquel il est impossible d'observer une particule élémentaire (On appelle particules élémentaires les constituants fondamentaux de l'univers décrits par le modèle standard de la physique des particules....) ou composée dont 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...) résultante n'est pas « blanche ». Il existe en effet trois « couleurs » (appelées conventionnellement rouge, vert, bleu en référence aux couleurs primaires) et trois « anticouleurs » (appelées conventionnellement antirouge, antivert et antibleu) qui obéissent aux règles suivantes, rappelant la synthèse additive des couleurs primaires :

  • rouge + vert + bleu = blanc
  • rouge + antirouge = blanc
  • vert + antivert = blanc
  • bleu + antibleu = blanc

Pour cette raison, les « anticouleurs » antirouge, antivert et antibleu sont généralement représentées respectivement en cyan, magenta et jaune.

Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) 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...) étant porteur d'une de ces trois charges 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).) (il n'existe pas de quark « blanc »), il doit nécessairement entrer en interaction avec ou bien un antiquark porteur de son anticouleur (ce qui donne un méson (Un méson est, en physique des particules, une particule composite (c’est-à-dire non élémentaire) composée d'un nombre pair de quarks et d'antiquarks.), qui est un boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de particules : un...) composite), ou bien deux autres quarks porteurs des deux autres charges de couleur dont la résultante à trois sera « blanche » (ce qui donne un 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 grec barys qui signifie « lourd » ; il se...), qui est un 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...) composite) : c'est l'interaction forte.

Charge
électrique
+2/3 e –1/3 e
Génération Particule Symbole /
antiparticule
Masse
(keV/c2)
Particule Symbole /
antiparticule
Masse
(keV/c2)
1ère Quark up u   /   u 1 5003 300 Quark down d   /   d 3 5006 000
2ème Quark charm c   /   c 1 160 0001 340 000 Quark strange s   /   s 70 000130 000
3ème Quark top t   /   t 173 100 000 ± 1 300 000 Quark bottom b   /   b 4 200 000+170000−70000

Bosons

Les bosons sont décrits par le modèle standard comme ayant un spin entier et étant régis par la statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une...) de Bose-Einstein : plusieurs bosons peuvent occuper le même état quantique (En mécanique quantique, l'état d'un système décrit tous les aspects du système physique. Il est représenté par un objet mathématique qui donne le maximum d'information possible sur le système, dans le but...), contrairement aux fermions.

Bosons de jauge ( En tant qu'instrument de mesure : Une jauge est un instrument de mesure. On trouve par exemple : La jauge de contrainte, traduisant un effort mécanique en résistance électrique, La jauge Hibernia et la jauge...)

Douze bosons de jauge sont vecteurs des trois interactions du modèle standard :

  • un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...), vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet d'effectuer des opérations d'addition et de multiplication par un...) de l'interaction électromagnétique
  • un boson Z (Le boson Z0 est un des trois bosons de jauge de l'interaction faible, les deux autres étant le boson W sous deux états opposés de charges électriques notés W+ et W-.) et deux bosons W, vecteurs de l'interaction faible
  • huit gluons, vecteurs de l'interaction forte.

Le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) ci-dessous résume leurs propriétés :

Boson Symbole Spin Charge
électrique (e)
Charge de couleur Masse (keV/c2) Interaction Symétrie
de jauge
Boson Z Z 1 0 « 0 » 91 187 600 ± 2 100 Faible SU(2)
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 troisième...) W – 1 –1 « 0 » 80 398 000 ± 25 000
W + 1
Photon γ 1 0 « 0 » 0 Électromagnétique U(1)
Gluon (Le gluon est le boson responsable de l'interaction forte. Les gluons confinent les quarks ensemble, ce qui permet l'existence des protons et des neutrons, ainsi que des autres hadrons. Ils ont une masse probablement nulle (quoiqu'il n'est pas...) g 1 0 ( rg + gr ) / √2 0 Forte SU(3)
( rb + br ) / √2
( gb + bg ) / √2
i ( gr – rg ) / √2
i ( br – rb ) / √2
i ( gb – bg ) / √2
( rr – bb ) / √2
( rr + bb – 2gg ) / √6

Chacun de ces bosons est son antiparticule, hormis les bosons W – et W + qui sont antiparticules l'un de l'autre.

Autres bosons

À ces bosons de jauge du modèle standard s'ajoutent :

  • le boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout et François Englert (et nommé...), qui demeurait inobservé en juin 2010 bien qu'il fasse partie du modèle standard ; le boson de Higgs est responsable de la masse des particules dans ce modèle, mais n'est vecteur d'aucune interaction : ce n'est donc pas un boson de jauge.
  • le graviton (Le graviton est une particule élémentaire hypothétique qui transmettrait la gravité dans la plupart des systèmes de gravité quantique. Il serait donc le quantum de la force...), introduit par les théories de gravité quantique (La gravité quantique est la branche de la physique théorique tentant d'unifier la mécanique quantique et la relativité générale.), qui tentent d'intégrer la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) au modèle standard, et qui n'a également jamais été observé ; le graviton ne fait donc pas partie du modèle standard, mais serait un boson de jauge, vecteur de la gravitation.
Page générée en 0.517 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