Les particules élémentaires de matière ou fermions

Les fermions peuvent être eux même divisés en quarks et leptons.
Il existe plusieurs types de quarks.

Dans le noyau atomique les nucléons (protons et neutrons) ne sont pas des particules élémentaires. Ils sont chacun composées de 3 particules élémentaires (des quarks) en interaction.

Les quark up et down sont les constituants des protons et neutrons. Ils sont liés entre eux par l'interaction forte dont l'étude est nommé la chromodynamique quantique.

Les protons et les neutrons sont composés de deux types de quark appelés quark up et quark down.
Les proton 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 possédent aussi une autre propriéte " la couleur"

 

Les autres fermions sont l'électron et le neutrino de l'électron ainsi que l'équivalent des quarks U et D , dans deux autres génération de matière plus lourde qui n'apparait que dans les accélérateurs/collisionneur de particules et dans la physque des hautes énergies. .
Seul quatre types de particules élémentaires de matière ( l'électron, le neutrino de l' électron ,les quarks - up et down ) correspondant à la premiere colonne du schéma ci-dessous constituent toute la matière "stable" de l'Univers. Cependant, ils ne suffiraient pas pour bâtir l' Univers.

 

Particule Masse (Gev/c2) Charge Elec. U (up) .005 +2/3 D (down) .01 -1/3 C (charmé) 1.5 +2/3 S (étrange) 0.2 -1/3 T (top) 180 +2/3 B (beauté) 4.7 -1/3 Particule Masse (Gev/c2) Charge Elec. neutrino-électron <7x10-9 0 électron .000511 -1 neutrino-muon <.0003 0 muon 0.106 -1 neutrino-tau <.03 0 tau 1.7771 -1 Les familles de particules (document du Site du C.E.R.N. )

 

 

Des processus de haute énergie qui se produisent naturellement dans l' Univers, ou qui sont générés artificiellement dans des accélérateurs et/ou collisionneurs de particules, produisent une grande variété de particules à courte durée de vie qui incluent davantage de particules. 

L'antimatière

Pour chacune des particules de matière , il existe aussi une antiparticule 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 crée, son antiparticule est aussi être crée simultanément.

Les particules élémentaires vecteur d'interaction ou de force : les bosons de jauge

La  gravité

L'intéraction forte

L'interaction faible

Les forces, ou interactions, entre particules de matière agissent toutes à travers un " vecteur de force " qui est aussi une particule et qui est échangée entre les particules en interaction.
Ces particules vecteurs d'interactions sont les bosons de jauge

La plus connue de ces intéractions, est l'intéraction entre la lumière et la matière, c'est à dire l'interaction entre photons et électrons.
Cette interaction est à la base de la quasi totalité des phénomènes physique et chimiques (à l'exception de ce qui se passe à l'interieur du noyau de l'atome et de la gravité )
Le domaine qui l'étudie se nomme l' électrodynamique quantique.qui est d'une certaine manière la partie la plus achevée de physique.

Les photons, les particules de lumière, sont les support de l' interaction (ou de la force) électromagnétique.

Les particules vecteurs de l 'interaction faible sont appelés bosons W et Z.

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

La particule vecteur de la force de gravité (graviton ) n'a pas été découverte.

Théorie et expérimentations

Les résultats exposés ci dessus résultent d'échanges entre des constructions théoriques très sophistiquées et mathématiquement " ardues " issue de la mécanique quantique et d'expérimentations pratiquées dans des accélérateurs de particules ou d'observations de processus se déroulant dans l'univers.

ci -dessus accellérateur de particules du C.E.R.N

Note :Les deux grandes théories de la physique contemporaine, la relativité qui s'applique parfaitement en astronomie et en cosmologie et la mécanique quantique qui s'applique à l'étude des particules et au niveau atomique et moléculaire ne sont pas vraiment compatibles.
C'est pourquoi les physiciens théoriciens essaient d'élaborer de nouveaux modèles théoriques pour pouvoir unifier la description de l'ensemble des phénomènes physiques se déroulant dans l'univers. (Théorie des Cordes ou Supercordes, Théorie Supersymétrique, Cosmologie Quantique...)

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