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Notions - terminologie - Physique atomique

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Physique des particules. Modèle standard (physique des particules) Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Modèle standard sous forme de tableau. Le modèle standard de la physique des particules est une théorie scientifique qui décrit les interactions entre les particules élémentaires qui constituent la matière.

Elle permet de décrire avec une précision extrême tous les phénomènes corpusculaires comme les désintégrations nucléaires et elle n'a jamais été prise en défaut. Cependant, elle n'inclut pas la description de la gravitation. Le modèle standard ne décrit que les particules élémentaires et les particules composites ne sont pas l'objet de son étude. Développé du milieu à la fin du vingtième siècle, le modèle standard a avancé par les découvertes aussi bien expérimentales que théoriques. Le modèle standard possède 19 paramètres libres pour décrire les masses des trois leptons , des six quarks, du boson de Higgs et 8 constantes pour décrire les différents couplages entre particules.

Les quarks ne peuvent exister isolément. Structure nucléaire. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. La connaissance de la structure des noyaux atomiques, ou structure nucléaire est un des chapitres clés de la physique nucléaire. Compte tenu de son importance, on en a fait un article séparé, et on consultera avec profit l’article physique nucléaire pour en situer le contexte, les chapitres connexes de physique et les applications de cette grande branche de la physique. Modèle de la goutte liquide[modifier | modifier le code] L'un des premiers modèles du noyau, proposé par Weizsäcker en 1935, est celui de la goutte liquide (voir le détail sous Formule de Weizsäcker).

Le noyau est assimilé à un fluide (quantique) constitué de nucléons (protons et neutrons) qui sont confinés dans un volume fini de l'espace par l'interaction forte. L’équilibre de cette goutte est le résultat de plusieurs contributions : une contribution attractive : chaque nucléon interagit avec ses voisins via l'interaction forte. Modèle en couches[modifier | modifier le code] Rayon atomique. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Le rayon atomique d'un élément chimique est une mesure de la taille de ses atomes, d'habitude la distance moyenne entre le noyau et la frontière du nuage électronique qui l'entoure.

Comme cette frontière n'est pas une entité physique bien définie, il y a plusieurs définitions non équivalentes du rayon atomique. Selon la définition, le terme peut s'appliquer seulement sur des atomes isolés, ou aussi sur des atomes dans de la matière condensée, une liaison covalente dans une molécule ou dans des états ionisés et excités.

Sa valeur peut être obtenue par des mesures expérimentales ou calculés à partir de modèles théoriques. Avec certaines définitions, la valeur du rayon atomique peut dépendre de l'état atomique et de son environnement[1] Les atomes peuvent souvent être modélisés comme étant des sphères. Néanmoins le concept de rayon atomique est difficile à définir parce que les électrons n'ont pas d'orbite bien définie, ni de taille précise. P. Nombre baryonique. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Présentation[modifier | modifier le code] En physique des particules, le nombre baryonique est un nombre quantique invariant. Il peut être défini comme le tiers de la différence entre le nombre de quarks et le nombre d'antiquarks dans le système : où est le nombre de quarks, et est le nombre d'antiquarks.

Explication[modifier | modifier le code] Pourquoi prendre le tiers ? D'un point de vue pratique, cela permet de faire correspondre le nombre baryonique au nombre de nucléons (protons et neutrons, tous deux constitués de trois quarks). En effet, d'après les lois de l'interaction forte, il ne peut pas y avoir de particules colorées nues, c'est-à-dire que la charge de couleur d'une particule doit être neutre (blanche).

Conservation[modifier | modifier le code] Application à la physique nucléaire[modifier | modifier le code] Perspectives de violation[modifier | modifier le code] Un signe de cette non-conservation serait la désintégration du proton. Molécule. Représentation graphique ou schématiques en 3d (dimension) d'une molécule de saccharose. Schéma de la liaison covalente de deux atomes d'oxygène. Une molécule est une structure de base de la matière. L'Union internationale de chimie pure et appliquée définit la molécule comme « une entité électriquement neutre comprenant plus d'un atome »[1]. C'est l'assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, différents ou non, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les propriétés caractéristiques de la substance considérée.

Les molécules constituent des agrégats atomiques liés par des forces de valence (liaisons covalentes) et elles conservent leur individualité physique. L'assemblage d'atomes constituant une molécule n'est pas définitif, il est susceptible de subir des modifications, c’est-à-dire de se transformer en une ou plusieurs autres molécules ; une telle transformation est appelée réaction chimique. Exemples : Le concept de champ. La physique quantique Le concept de champ Dans le cadre de la physique moderne, le concept de champ occupe une place majeure, toute aussi importante par ses conséquences que le quantum d’action.

Il intervient dans toutes les théories de la physique quantique aussi bien que dans les théories avantgardistes comme la théorie des supercordes que nous décrirons un peu plus loin, sans oublier la physique classique. La révolution qu’entraîna l’introduction du concept de champ fut telle qu’il est nécessaire de s’y arrêter quelques instants pour en discuter afin d’avoir une idée bien claire de sa nature et de ses propriétés. En quête d'harmonie et de symétrie En 1861, après avoir analysé les travaux de Oersted et de Faraday, Maxwell créa le concept fondamental du "champ", abandonnant celui des fluides électriques dans l'éther. A télécharger : FEMM Simulation du flux magnétique ou champ B des aimants Cette fois, Maxwell oublie définitivement les corps matériels, les particules.

L'espace d'Hilbert. Les interactions fondamentales. Tous les processus physiques, chimiques ou biologiques connus peuvent être expliqués à l'aide de seulement quatre interactions fondamentales : l'interaction gravitationnelle, responsable de la pesanteur, de la marée ou encore des phénomènes astronomiques, l'interaction électromagnétique, responsable de l'électricité, du magnétisme, de la lumière ou encore des réactions chimiques et biologiques, l'interaction forte, responsable de la cohésion des noyaux atomiques, l'interaction faible, responsable de la radio-activité β, qui permet au Soleil de briller. La théorie qui décrit la gravitation est la relativité générale, celle qui décrit les trois autres est le modèle standard. Néanmoins, ce dernier modèle explique les masses de tous les fermions élémentaires comme le résultat d'une nouvelle interaction, entre ces fermions et le boson BEH.

Comme ce boson n'a été observé que très récemment, il est encore difficile de dire si cette nouvelle interaction existe telle qu'imaginée. Interaction faible. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. L'interaction faible (aussi appelée force faible et parfois force nucléaire faible) est l'une des quatre interactions fondamentales de la nature, les trois autres étant les interactions électromagnétique, forte et gravitationnelle. Elle est responsable de la désintégration radioactive de particules subatomiques et est à l'origine de la fusion nucléaire dans les étoiles.

Elle affecte toutes les catégories de fermions connues, à commencer par les électrons, les quarks et les neutrinos. L'interaction faible a été décrite pour la première fois dans les années 1930 par Enrico Fermi, qui en faisait une interaction de contact à quatre fermions. Nommée interaction de Fermi (en), Fermi s'en est servi pour expliquer la désintégration β du neutron. Elle fut aussi utilisée en 1947 lors de la découverte de la désintégration du muon. Par la suite, une description sous forme de champ à très faible portée a été préférée. Charge[modifier | modifier le code] Interaction forte.

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. L'interaction forte lie les quarks dans les nucléons, ici dans un proton. Un effet dérivé de la force forte est responsable de la cohésion des nucléons (protons et neutrons) au sein du noyau de l'atome, la force nucléaire. Un autre effet dérivé est la cohésion même du noyau atomique, la liaison nucléaire. Propriétés[modifier | modifier le code] L'interaction forte affecte les quarks, et les particules constituées de quarks (les hadrons). Elle n'affecte pas les leptons. La portée de l'interaction forte est d'environ 10-15 m, c'est-à-dire la taille d'un noyau atomique. L'interaction forte est la plus forte des interactions fondamentales.

Le théorie prévoit que l'intensité de l'interaction forte tend vers zéro quand la distance tend vers zéro. Principes de base[modifier | modifier le code] La théorie qui décrit l'interaction forte est la chromodynamique quantique, aussi appelée par son acronyme anglais QCD (Quantum ChromoDynamics) .

↑ B. (en) M. Interaction électromagnétique. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. La force de Lorentz, ou force électromagnétique, est la force que va subir une particule chargée dans un champ électromagnétique. C'est la principale manifestation de l'interaction électromagnétique. La force de Lorentz, appliquée dans diverses situations, induit l'ensemble des interactions électriques et magnétiques observées ; elle est de ce fait principalement étudiée en physique et en chimie.

Les effets quantiques affectant la force électromagnétique sont étudiés dans le cadre de l'électrodynamique quantique. Description mathématique[modifier | modifier le code] Champ magnétique dans une bobine. ATTENTION : Cette partie est à revoir. E et B sont respectivement le champ électrique et le champ magnétique pris au point où se trouve la particule. v représente la vitesse de la particule dans le référentiel d'étude. . , qui est la force électrique ;, qui est la force magnétique. Action de la force de Lorentz dans le cas d'un champ électrique nul. Gravitation.

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. 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 en raison de l'attraction terrestre qui nous retient au sol, qui se nomme la gravité et qui est responsable de plusieurs manifestations naturelles : les marées, l'orbite des planètes autour du Soleil, la sphéricité de la plupart des corps célestes en sont quelques exemples. D'une manière plus générale, la structure à grande échelle de l'univers est déterminée par la gravitation.

Plusieurs théories ont tenté de rendre compte de la gravitation. Aux échelles microscopiques, la gravitation est la plus faible des quatre interactions fondamentales de la physique ; elle devient dominante au fur et à mesure que les échelles de grandeur augmentent. La gravitation maintient les planètes en orbite autour du Soleil. Compréhension intuitive[modifier | modifier le code] , où . Rayon terrestre et m·s−2. Spin. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Le spin est, en physique quantique, une des propriétés des particules, au même titre que la masse ou la charge électrique. Comme d'autres observables quantiques, sa mesure donne des valeurs discrètes et est soumise au principe d'incertitude.

C'est la seule observable quantique qui ne présente pas d'équivalent classique, contrairement, par exemple, à la position, l'impulsion ou l'énergie d'une particule. Historique[modifier | modifier le code] La genèse du concept de spin fut l'une des plus difficiles de l'histoire de la physique quantique au début du XXe siècle[1]. Le spin a d'abord été interprété comme un degré de liberté supplémentaire, s'ajoutant aux trois degrés de liberté de translation de l'électron : son moment cinétique intrinsèque (ou propre). Enfin, c'est en théorie quantique des champs que le spin montre son caractère le plus fondamental.

Le spin du photon a été mis en évidence expérimentalement par Râman et Bhagavantam en 1931[6]. Spin. Page(s) en rapport avec ce sujet : Le spin est une propriété quantique intrinsèque...... Cette vision classique d'une «rotation propre» de la particule est en fait trop naïve ; en effet :... (source : techno-science) Définition simplifiée La notion de spin sert à classer mathématiquement la façon dont se transforment les objets sous l'effet des rotations de l'espace à trois dimensions.

De façon générale, un objet possède un spin s'il est invariant sous une rotation d'angle . Un objet sans symétrie spécifique, par exemple une carte à jouer représentant un trois de trèfle, possède un spin 1 car il est indispensable d'effectuer une rotation de (un tour complet) pour qu'il se retrouve dans sa position de départ. Remarquons que d'ordinaire, puisqu'une rotation d'angle est identique à l'identité, il semblerait que tout objet soit de spin entier car dans le pire des cas un objet devrait toujours être semblable à lui-même sous une rotation d'angle .

Spin des particules usuelles Historique m. Saveur (physique) Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. La saveur, en physique des particules, est une caractéristique permettant de distinguer différents types de leptons et de quarks, deux sous-familles des fermions. Les leptons se déclinent en trois saveurs et les quarks en six saveurs. Les saveurs permettent de distinguer certaines classes de particules dont les autres propriétés (charge électrique, d'interactivité...) sont similaires. Les dénominations des saveurs ont été introduites par Murray Gell-Mann, baptisant le quark étrange lors de la détection du kaon en 1964.

On connait trois saveurs de lepton : l'électron, le muon et le tauon. Le couplage des leptons et des bosons de jauge ne dépend pas de leur saveur. Article principal : Quark. Les quarks sont répartis entre six saveurs, auxquelles on a donné des noms poétiques. Portail de la physique. Charge de couleur. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Pour les articles homonymes, voir charge. 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 notion de charge électrique des particules, mais il y a beaucoup de différences techniques. La « couleur » des quarks et des gluons n'a rien à voir avec la perception visuelle des couleurs, mais c'est le nom imagé pour une propriété qui n'a presque aucune manifestation au-delà du noyau atomique. Rouge, bleu et vert[modifier | modifier le code] On peut dire qu'une couleur de quark peut prendre 3 valeurs : rouge, vert ou bleu et qu'un antiquark peut prendre 3 anticouleurs : antirouge, antibleu et antivert (souvent représentés respectivement par cyan, jaune et magenta).

Cela est dû au fait que les gluons sont en réalité dans la superposition de différents états (par exemple ) indépendants entre eux. Champ de Higgs électrofaible. Oscillation de neutrinos. Théorie de jauge. Transition électronique. Supersymétrie. Brisure spontanée de symétrie. Superpartenaire. Supraconductivité. Superfluide. Paire de Cooper.