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Ludovic Grossard 2018-11-09 06:28:42 +01:00
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@ -3,7 +3,7 @@
Dans le descriptif de certains particules à venir je parlerai des antiparticules pour les composants de base de la matière. Ce n'est pas au programme bien évidemment mais il est bon de savoir qu'autant la matière existe, autant l'antimatière aussi. Elle n'a rien de magique ou de mystérieux, c'est simplement des particules de même masse mais de charge électrique contraire : si une particule est électriquement positive, son antiparticule est quasi-identique, la différence est que cette antiparticule est électriquement négative.
Particules et antiparticules sont tirées bien sûr du \emph{modèle standard} de la physique.
\section{À l'échelle atomique}
\begin{figure}[H]
@ -14,7 +14,7 @@ Particules et antiparticules sont tirées bien sûr du \emph{modèle standard} d
\end{center}
\end{figure}
Les prochains paragraphes traitent de ce qui est à l'intérieur de l'atome et jusqu'aux molécules couvrant ainsi une échelle allant de \SI{e-15}{\meter} à \SI{e-9}{\meter}, c'est à dire couvrant de la taille des nucléons à la taille de molécules courantes de taille moyenne allant de deux atomes à deux ou trois dizaines d'atomes. Le programme officiel demande de s'arrêter à une vision simple de l'atome : un noyau avec protons et neutrons, des électrons tournant autour (pas de couches électroniques ni d'orbitales atomiques ou moléculaires\footnote{Après le bac vous étudierez les atomes avec une vision quantique introduisant des fonctions d'ondes et une représentation orbitale des atomes avec des formes étonnantes vues dans la figure \vref{atomes-specifiques}}), la représentation et la notation de molécules et d'atomes simples.
Les prochains paragraphes traitent de ce qui est à l'intérieur de l'atome et jusqu'aux molécules, couvrant ainsi une échelle allant de \SI{e-15}{\meter} à \SI{e-9}{\meter}, c'est-à-dire couvrant de la taille des nucléons à la taille de molécules courantes de taille moyenne allant de deux atomes à deux ou trois dizaines d'atomes. Le programme officiel demande de s'arrêter à une vision simple de l'atome : un noyau avec protons et neutrons, des électrons tournant autour (pas de couches électroniques ni d'orbitales atomiques ou moléculaires\footnote{Après le bac vous étudierez les atomes avec une vision quantique introduisant des fonctions d'ondes et une représentation orbitale des atomes avec des formes étonnantes vues dans la figure \vref{atomes-specifiques}}), la représentation et la notation de molécules et d'atomes simples.
% Insertion de web-image sur l'image actuelle d'un atome avec orbitales etc...
@ -35,24 +35,25 @@ L'addition de tous les neutrons et de tous les protons présents dans un noyau d
\subsubsection{le proton p\textsuperscript{+} } \label{proton}
Le proton est l'un des nucléons. La masse d'un proton est ${m}_{{p}^{+}} = \SI{1,672 649e-27}{\kilo\gram}$et sa charge électrique, notée +e, vaut \SI{+ 1,602 176 565e-19}{\coulomb}\footnote{Le Coulomb (\si{\coulomb}) est l'unité de charge électrique \emph{notée habituellement Q}. Grâce à lui, on peut définir l'intensité du courant électrique par la relation $\SI{1}{\coulomb}=\SI{1}{\ampere}\times\SI{1}{\second}$}. La durée de vie du proton est infinie en théorie car le neutron est une particule stable, ou de l'ordre de ${ {10}^{34} }$ ans. Les mesures ont montré une durée de vie ${ > {5,9} \times {10}^{33} }$ ans. Cette particule fût prédite par William Prout en 1816 mais découverte réellement par Ernest Rutherford en 1919.
Le proton est l'un des nucléons. La masse d'un proton est ${m}_{{p}^{+}} = \SI{1,672 649e-27}{\kilo\gram}$ et sa charge électrique, notée $+e$, vaut \SI{+ 1,602 176 565e-19}{\coulomb}\footnote{Le Coulomb (\si{\coulomb}) est l'unité de charge électrique \emph{notée habituellement Q}. Grâce à lui, on peut définir l'intensité du courant électrique par la relation $\SI{1}{\coulomb}=\SI{1}{\ampere}\times\SI{1}{\second}$}. La durée de vie du proton est infinie en théorie car c'est une particule stable, ou de l'ordre de ${ {10}^{34} }$ ans. Les mesures ont montré une durée de vie ${ > {5,9} \times {10}^{33} }$ ans. Cette particule fût prédite par William Prout en 1816 mais découverte réellement par Ernest Rutherford en 1919.
\begin{figure}[H]
\begin{center}
%\label{}
\includegraphics[scale=0.4]{img-proton-quarks.png}
\caption{Le proton tel que vous le verrez au cycle 5 et suivants avec ses deux quarks Up et son quark Down}
\caption{\label{fig:proton-quarks}Le proton tel que vous le verrez au cycle 5 et suivants avec ses deux quarks Up et son quark Down}
\end{center}
\end{figure}
Dans le dessin $\uparrow$ le proton est la sphère de couleur grise délimitée par le cercle gris un peu plus prononcé. Il se compose de particules appelées quarks\footnote{Les quarks sont des particules subatomiques que vous verrez en terminale S ou après, il en existe 6 : Up, Down, Strange, Charm, Top (ou Truth), Bottom (ou Beauty), voir la page wikipedia consacrée à ces particules : \url{https://fr.wikipedia.org/wiki/Quark}.} qui sont de couleurs différentes pour des raisons liées au fait que chaque quark a une couleur différente mais vu de l'extérieur (si on peut dire) c'est une particule "blanche" qui est vue, aussi, pour obtenir du blanc il faut la même quantité de rouge, de vert et de bleu en synthèse additive des couleurs. (voir (ajouter référence du paragraphe sur la synthèse additive des couleurs)). Pour résumer voici la carte d'identité du proton
Dans la figure~\vref{fig:proton-quarks}, le proton est la sphère de couleur grise délimitée par le cercle gris un peu plus prononcé. Il se compose de particules appelées quarks\footnote{Les quarks sont des particules subatomiques que vous verrez en terminale S ou après, il en existe 6 : Up, Down, Strange, Charm, Top (ou Truth), Bottom (ou Beauty), voir la page wikipedia consacrée à ces particules : \url{https://fr.wikipedia.org/wiki/Quark}.} qui sont de couleurs différentes pour des raisons liées au fait que chaque quark a une couleur différente mais vu de l'extérieur (si on peut dire) c'est une particule «~blanche~» qui est vue, aussi, pour obtenir du blanc il faut la même quantité de rouge, de vert et de bleu en synthèse additive des couleurs. (voir (ajouter référence du paragraphe sur la synthèse additive des couleurs)). Pour résumer voici la carte d'identité du proton
\begin{table}[H]
\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
\begin{center}
\label{DNI-proton}
\begin{tabular}{| m{10em} m{24em} |}
\hline
Information & valeur et unité \\
\textbf{Information} & \textbf{valeur et unité} \\
\hline\hline
Nom de particule & Proton \\
\hline
@ -60,13 +61,13 @@ Dans le dessin $\uparrow$ le proton est la sphère de couleur grise délimitée
\hline
Anti-particule & Antiproton \\
\hline
Masse & ${ {1,672 649}\times{10}^{-27} }$ kg \\
Masse & \SI{1.672649e-27}{\kilo\gram} \\
\hline
Charge électrique & +e = ${ {1,602 176 565}\times{10}^{-19} }$ C\\
Charge électrique & $+e = \SI{1,602 176 565e-19}{\coulomb}$\\
\hline
Durée de vie & En théorie infinie ou $\approx {10}^{34}$ ans, les expériences montrent que la durée est $ > {5,9}\times{10}^{33} $ ans. \\
Durée de vie & En théorie infinie ou $\approx \num{e34}$ ans, les expériences montrent que la durée est $ > \num{5,9e33}$ ans. \\
\hline
Prédicteur & William Prout 1815 \\
Prédicteur & William Prout 1816 \\
\hline
Découvreur & Ernest Rutherford 1919 \\
\hline
@ -75,11 +76,11 @@ Dans le dessin $\uparrow$ le proton est la sphère de couleur grise délimitée
\end{center}
\end{table}
Il est intéressant de noter deux points : la durée de vie exceptionnellement longue des protons (qui font partie des particules nées quelques fractions de secondes après le big bang) ce qui fait que les atomes qui vous composent ont déjà un âge gigantesque ! L'autre point intéressant est l'écart entre une prédiction théorique (1815) et la découverte expérimentale (1919), il correspond aux écarts observés au XIXe siècle. Ces écarts ont ensuite un peu réduit par la suite (vous allez le voir avec le cas du neutron) même si on a eu des écarts du même ordre avec par exemple le boson de Higgs.
Il est intéressant de noter deux points : la durée de vie exceptionnellement longue des protons (qui font partie des particules nées quelques fractions de secondes après le big bang) ce qui fait que les atomes qui vous composent ont déjà un âge gigantesque ! L'autre point intéressant est l'écart entre une prédiction théorique (1816) et la découverte expérimentale (1919), il correspond aux écarts observés au XIX\ieme{} siècle. Ces écarts ont ensuite un peu réduit par la suite (vous allez le voir avec le cas du neutron) même si l'on a eu des écarts du même ordre avec par exemple le boson de Higgs.
\subsubsection{le neutron n} \label{neutron}
La masse d'un neutron est ${ {m}_{n} = {1,67493} \times {10}^{-27} \ kg }$. Cette particule est électriquement neutre. Sa durée de vie est de 880,3 s. seulement. Il a été prédit par Ernest Rutherford en 1920 mais c'est à James Chadwick qu'on lui doit sa réelle découverte en 1932. Il fait partie de la même famille que le proton à savoir les Baryons (nucléons).
La masse d'un neutron est $m_n = \SI{1,67493e-27}{\kilo\gram}$. Cette particule est électriquement neutre. Sa durée de vie est de 880,3 s. seulement. Il a été prédit par Ernest Rutherford en 1920 mais c'est à James Chadwick qu'on lui doit sa réelle découverte en 1932. Il fait partie de la même famille que le proton à savoir les Baryons (nucléons).
\begin{figure}[H]
\begin{center}