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Les particules élémentaires

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Les particules élémentaires sont les particules qui d'après la théorie et l'expérience actuelle (2012) ne peuvent être décomposées en particules plus petites.

Les physiciens les classent en deux catégories :

- Les fermions ou particules de matière.
- Les bosons de jauge qui sont les particules support des interactions élémentaires.

 

Les particules élémentaires de matière ou fermions

Les fermions peuvent être eux même divisés en quarks et leptons.


Seul quatre types de particules élémentaires de matière ( l'électron, le neutrino électronique, les quarks up et down ) correspondant à la première génération de fermion sont présents dans la matière "ordinaire"
Les deux autres générations de fermion (formées de fermions plus lourd et plus énergétique ) ont été créées dans les stades précoces de la formation de l' Univers

On les détecte aussi dans les accélérateurs/collisionneurs de particules)

 

Les quarks

 

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Au centre des atomes, les nucléons (protons et neutrons) ne sont pas des particules élémentaires.
Ils sont chacun composées de 3 particules élémentaires (des quarks) en interaction. (source de l'image
CERN)
Les quark up et down sont les constituants des protons et neutrons.


Les protons sont contitués de 2 quarks Up et d'un quark Down
Les neutrons d' un quark Up et de deux quarks Down


Le quark Up porte une charge élelectrique = +2/3 (fois la charge de l'électron)
Le quark Down porte une charge élelectrique = -1/3 (fois la charge de l'électron)

Les quarks sont liés entre eux par l'interaction forte qui se manisfeste par échanges de gluons.
On ne peut pas observer de quarks isolés car l'interaction forte qui les maintient confinés dans des particules augmente avec la distance qui les sépare.



Les différents type de quarks

Outre leur saveur ( Down (Bas) , Up (Haut), Strange (Étrange), Charm (Charme), Bottom ou Beauty (Beau) , Top ou Truth (Vérité) ), les quarks posséde une autre propriété : la "couleur "
C'est par des interactions de couleur (par échanges de gluons eux-même colorés ) qu'agit l'interaction forte
L'étude de l'interaction forte se nomme la chromodynamique quantique.

D'autre part, en plus des 3 quarks ("réels" ou " de valence") que contient chaque proton ou neutron, ces particules contiennent aussi tous les autres quarks et antiquarks
qui apparaissent de manière éphémère sous forme de paires de quarks antiquarks virtuels. Ces particules virtuellles conférent 99, 9% de leur masse aux protons et aux neutrons.

 

Les leptons


Les leptons de la première génération sont l' électron et le neutrino (électronique)
Ceux des deux autres générations ou familles de fermion , constitués de matière plus lourde, n'apparaissent que dans des processus à très hautes énergies.

L'antimatière

Pour chacune des particules de matière, il existe aussi une antiparticule d'antimatière qui lui est similaire sauf pour une propriété comme la charge électrique qui est inversée.
L'électron, par exemple, a une charge négative alors que son antiparticule le positron a une charge positive.
Lorsqu'une particule est créée, son antiparticule est aussi créée simultanément.

 

 

 
 

Les particules élémentaires d' interaction ou Bosons de jauge

Ce sont les particules élémentaires porteuses des interactions

 

Les photons, les particules de lumière, sont les support de l' interaction électromagnétique.

Les particules vecteurs de l 'interaction faible sont les bosons W+, W- et Z.

Les particules vecteurs de l'interaction forte sont appelés gluons. (leur étude relève de la chromodynamique quantique)

Les bosons de Higgs ( dont la confirmation de la découverte, au L.HC., avec 99,9999 % de certitude a été annoncée par le CERN en juin 2012
Ces particules, essentielles à la théorie, donnent leur masse aux autres particules élémentaire.
Le champs de Higgs emplit le vide quantique, et la brisure de sa symétrie aurait joué un rôle essentiel dans
les tous premiers instants de l' Univers.

Les particules vecteur de la gravitation (gravitons ) n' ont à ce jour pas (encore) été découvertes mais leur existence est fortement préduite par la théorie.

La théorie utilisée en physique des particules se nomme la Théorie Quantique des Champs, dérivée de la mécanique quantique qui inclu entre autre la relativité et traite les particules comme des champs. Avec les résultats expérimentaux, elle forme le Modèle Standart (de la physique des particules)

Les interactions entre particules de matière ( fermions) agissent toutes à travers des particules porteuses d 'interactions : les bosons de jauge.
Dans la théorie Quantiques des Champs, toutes les particules (fermions et bosons) sont considérées sous forme de champs mathématiques.

 

Les physiciens connaissent quatre interactions fondamentales.

 

L' interaction électromagnétique
Le domaine qui étudie l'interaction entre la lumière et la matière, c'est à dire l'interaction entre photons et électrons se nomme l' électrodynamique quantique.

L' interaction nucléaire faible
Responsable de la radioactivité ß

L' intéraction nucléaire forte
Responsable de la cohésion des protons et des neutrons

La gravitation


Pour en savoir plus :
Grandeurs et dimensions des objets de l'Univers => http://bio.m2osw.com/gcartable/dimensions/dimensions.htm
Voyage au coeur de la matière (IN2P3)
La physique des particules, très simplement expliquée, par des membres du Laboratoire de l' Accélérateur Linéaire et du CNRS dans leur revue " Elémentaire "
Voyage vers l'infiniment petit (CNRS)
Particules élémentaires sur wikipédia

Passeport pour les deux infinis
Site du L.H.C.
Site du CERN
http://www.sciences.ch/htmlfr/physatomique/physatommecphyspart01.php
http://www.in2p3.fr/
http://www.lal.in2p3.fr/
Les cours du LAL
Historique de la physique des particules .pdf
Diaporama sur la théorie des cordes
Introduction à la théorie quantique des champs. Bertrand Delamotte 4 novembre 2005 .pdf
Bosons de Higgs et taillede l' Univers =>http://www.planet-techno-science.com/ciel-et-espace/le-boson-de-higgs-expliquerait-la-taille-de-lunivers/

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