As said below, I start today a series of basic posts on particle physics, in French. The English version of this post is available here, in which I discuss the structure of matter in details.
[image credits: CERN (CC BY 4.0)]
Cela fait un bout de temps que je n’ai pas écrit en français, je sais. Je sais aussi que je dis ça a chaque post en français que j’écris.
Mais pour ma défense, la quantité d’articles que j’écris en anglais n’est pas énorme non plus.
Le temps n’est pas extensible, et @steemstem a besoin de moi… ;)
Ceci dit, il faut faire des efforts. Et donc nous y voilà.
Aujourd’hui, je vais tenter de démarrer une série de posts introductifs sur la physique des particules.
Pour commencer, je compte discuter de la structure de la matière, à son niveau le plus élémentaire bien entendu.
LA STRUCTURE DE LA MATIERE
Le Grand Collisionneur de Hadrons (communément appelé le LHC par son petit nom) vise à sonder les lois fondamentales de la nature. En d’autres termes, il s’agit à la fois de vérifier le Modèle Standard de la physique des particules et de tenter d’observer des phénomènes nouveaux. Ces derniers permettront de démontrer que le Modèle Standard doit être étendu à une nouvelle théorie plus fondamentale.
[image credits: Fermilab]
Mais qu’est le Modèle Standard?
En très (très très très très) résumé, il s’agit de la théorie qui décrit le monde des particules élémentaires (les particules présentes sur l’image ici à gauche).
Mais pour décrire ces particules, démarrons avec le commencement…
Au commencement (oui, je sais… encore une blague pourrie limite), il y avait un atome. Et partir des atomes, on peut construire toute la matière qui nous entoure.
Dans les années 1910, Rutherford nous a appris que les atomes n’étaient pas les briques les plus fondamentales de la matière. Ils sont en effet constitués d’une zone très dense en leur centre, le noyau atomique, et d’électrons périphériques qui lui orbitent autour.
Bien que nous n’avons toujours aucune preuve que les électrons possèdent une soustructure (voir ici), il est aujourd’hui clair que les noyaux atomiques ne sont pas fondamentaux.
Ils sont en effet faits de neutrons et protons.
Mais notre histoire ne s’arrête pas ici (sinon cela ne serait pas marrant). Il a été découvert plus tard que les protons et neutrons sont également composites et faits de quarks. Il faut en fait deux classes de quarks pour construire un neutron ou un proton: des quarks up et des quarks down.
Tout ceci est résumé dans la figure ci-dessous.
[image credits: fait maison (à partir d’ingrédients natures que l’on peut se procurer partout)]
Dans cette figure, on voit que le proton est fait de deux quarks up et d’un quark down. Pour le neutron, c’est l’inverse. Dans une première approximation, on va se contenter de cela (même si protons et neutrons sont légèrement plus complexes).
Jusqu’à présent, nous n’avons pas pu observer la moindre soustructure aux quarks., de sorte que pour résumer, nous pouvons dire que les blocs fondamentaux de la matière sont les quarks up et down, et l’électron.
Mais ce n’est pas tout…
NEUTRINOS
Bien que nous avons pour le moment introduits trois bestioles (deux quarks et un électron), il existe une quatrième particule fondamentale, le neutrino. Son existence fut mise au goût du jour lors des premières études des désintégrations radioactives beta du début du 20ème siècle.
[image credits: encore fait maison]
L’hypothèse de l’existence des neutrinos fut émise pour expliquer les données des expériences de radioactivité, et notre petit ami fut ensuite découvert.
Au niveau des particules fondamentales, la désintégration beta est illustrée ici à droite.
On y voit un noyau atomique dont l’un des neutrons se transforme en proton, avec l’émission d’un électron et d’un neutrino.
Sans le neutrino, l’énergie de l’électron est bien définie et possède une seule valeur unique. Seulement, les données indiquaient que toute valeur plus petite ou égale était également possible. En d’autres termes, l’énergie était partagée entre l’électron et une particule invisible: le neutrino.
Ainsi, nous avons quatre particules élémentaires (les deux quarks up et down, l’électron et le neutrino) qui forment ce qu’on appelle une génération de fermions élémentaires.
AU-DELA DE LA STRUCTURE DE LA MATIERE - LE NOMBRE 3
Un concept important mentionné ci-dessus est celui de la première génération de fermions. La nature aime s’amuser avec nous on dirait, et elle nous a gratuitement offert trois générations pour le prix d’une. Du coup, nous n’avons pas 4, mais 12 particules élémentaires.
[image credits: unknown (everywhere on the web)]
Ces 12 particules sont celles indiquées ici à gauche. Trois quarks de type up (up, charm et top), trois quarks de type down (down, strange et bottom), trois leptons chargés (électron, muon et tau) et trois neutrinos.
La seule différence entre les particules de deux colonnes consiste en leur masse. La deuxième colonne est ainsi plus lourde que la première et la troisième est plus lourde que la seconde. A part ça, tout le reste est identique.
Pourquoi trois copies? Aucune idée et les chercheurs y pensent fortement. Comprendre cela est l’un des grand mystère actuel de la physique des particules.
Et nous avons bien 3 et non pas 4 générations. Les données sont là pour ça!
RESUME
Et voilà qui clot ce premier post introductif à la physique des particules. J’ai présenté les 12 fermions du Modèle Standard qui permettent d’expliquer la structure de la matière et comment les atomes y sont connectés.
Pour plus d’informations, ne pas hésiter à fouiller ce livre (pour non spécialistes), écrit par le prix Nobel M. Veltman.
STEEMSTEM
SteemSTEM vise à bâtir une communauté oeuvrant pour faire de Steem une meilleure place pour les Sciences, les Technologies, l’Ingénierie et les Mathématiques (STEM). Nous avons récemment développé une app toute neuve, steemstem.io, nous avons déployé notre witness ainsi qu’un seed node(seed.steemstem.io:2001) pour supporter la blockchain Steem.
Plus d’informations sont disponibles sur le blog de @steemstem blog (ici pour les dernières nouvelles en anglais) et sur notre serveur discord.
Tout bientôt, Steem va révolutionner la communication scientifique, et ce grâce à SteemSTEM. Il est toujours temps d’embarquer avec nous dans cette aventure (voir ici).
Salutations. Je pense que les scientifiques spécialistes des particules créent peut-être dans leurs expériences quantiques les particules qu’ils décrivent ou voient. Créer de la matière à partir de rien.
Compliquer davantage la physique des choses.
Il y a des scientifiques qui pensent qu'il est dangereux d'utiliser le LHC.
SALUTATIONS DU VENEZUELA
Salut a toi!
On ne peut creer de matiere a partir de rien. Il faut de l'energie pour cela. C'est le principe derriere tout accelerateur. En accelerant les particules, on a de l'energie cinetique que l'on peut convertir en une autre forme d'energie (de la masse par exemple).
Pour quelle raison le LHC serait-il dangereux? A son demarrage, il me semble que le "danger" (les trous noirs et tout ca) avait ete suggere par un biologiste... ;)
Le bing ban provient de rien, essaye de recréer l'unique de l'univers.
La création possible de trous noirs, ou créer une matière exotique qui effondre l'univers, Entre autres choses.
Il y a des choses plus importantes comme sauver la planète, que d'essayer de connaître la structure atomique.
Je comprends que la physique des particules est basée sur la visualisation des lignes décrivant les particules
C'est mon humble avis.
SALUTATIONS DU VENEZUELA
Tout d'abord, une petite precision. En fait deux.
Le LHC n'a pas vocation a creer un big bang, mais a comprendre les phenomenes tels qu'ils ont eu lieu dans les environ du big bang. et ceci ne concerne qu'une des facettes de toute la physique qui est etudiee au LHC.
Alors tout d'abord, il faut savoir que ce que tu indiques la n'est pas une prediction du modele standard de la physique des particules. Il s'agit de predictions d'une theorie alternative, qui predit egalement que ce sont des micro-trou-noirs qui seront crees et qui s'evaporeront en moins de quelques nanosecondes. Lorsque l'on prend une theorie, il faut la prendre dans son ensemble et non pas partiellement.
Plus en details, les trous noirs donnent lieu a deux phenomenes qui competitionnent: l'accretion de matiere (le trou noir grossit) et l'evaporation (le trou noir diminue en masse). Pour les petits trous noirs tels que ceux potentiellement produits au LHC, l'accretion est negligeable (on n'a pas assez d'energie pour produire de trous noirs sufisamment massif pour etre un monstre).
Il faut egalement noter qu'il existe des phenomenes bien plus energetiques dans les rayons cosmiques, qui bombardent la Terre depuis la nuit des temps et qu'ils n'ont non plus jamais donne lieu a la creation de monstre allant engloutir la Terre.
Bref, il n'y a aucun danger.
Cela est incorrect. La methode des diagrammes de Feynman est une methode de calcul (parmi d'autres). La physique des particules se basent sur la theorie des champs quantiques (dont decoule la methode des diagrammes de Feynman).
Je ne suis pas d'accord. Tout d'abord, ce qu'une personne trouve important et interessant n'est pas forcement ce qu'une autre personne trouve important et interessant. Il est ainsi important de couvrir tous les domaines de la science, afin de parfaire nos connaissances. Bien sur que la sauvegarde de la planete est importante, et c'est pour ca que de nombreux scientifiques travaillent la dessus. Mais est-ce que TOUS les scientifiques ont a travailler la dessus? Si tous les scientifiques travaillaient sur la meme chose, ca serait a mes yeux catastrophique (et aussi ennuyant). On passerait egalement a cote de grandes decouvertes potentielles venant d'autres domaines.
Pour revenir a la physique des particules, bien sur que toute decouverte ne changera rien a notre facon de vivre immediatement, mais que dire des prochains 100 ans? Il fut noter que le Web, la hadrontherapie et le GPS fonctionnent grace a la physique des particules, pour noter 3 exemples. On developpe des technlogies non brevetees pour nos experiences, on forme des gens a resoudre des problemes compliques (qui sont une mine d'or pour l'industrie vu que de nombreux physiciens changent de discipline apres la these), etc...
Intéressant ce que vous dites, Je pense que vous travaillez au LHC.
Si oui, je vous demande seulement de travailler avec précaution pour ne pas détruire notre planète. Ce n'est pas comme si une super nova nous détruisait avec des rayons gamma, que nous créons nous-mêmes des trous noirs.....
Je vous souhaite bonne chance en ce qui concerne le prix Nobel de physique. Je sais que s'ils le gagnent, ils seront donnés à toute l'équipe du LHC.
Je vous donne la raison à ce sujet, le travail scientifique de tous est important. Mais parfois, je pense que l'humanité a perdu la boussole
À propos de bing bang, je voulais dire qu'il est sorti de nulle part. Pas d'énergie nécessaire, pas de masse.
Je ne travaille pas au LHC mais ses resultats sont des plus importants pour mes propres recherches.
Nous pouvons creer des trous noirs vu que c'est prevu par une classe de theories hypothetiques. Et si c'etait le cas, ces trous noirs d'evaporeront en quelques nanosecondes. Ou est le probleme?
Et bien en fait, ca nous ne pouvons en etre sur. Il y a d'ailleurs des modeles cosmologiques alternatifs. Nous n'avons aujurd'hui aucun moyen de sonder le temps t=0. D'ailleurs, cela m'est meme pas defini vu que l'espace-temps n'existe pas a ce moment. La theorie ne fonctionne en fait pas a t=0.
Merci beaucoup, la science est basée sur la meilleure conjecture o hypothèse. J'espère que le tien est le plus correct.
C'est très intéressant de parler avec un physicien des particules.
J'espère que les aspects métrologiques de la recherche de LHC sont suffisamment bons.
Et en nanosecondes, ne devenez pas des millisecondes ou des microsecondes, une éternité pour un trou noir.
Avec une espérance mathématique égale à zéro pour l'occurrence d'un événement catastrophique, la valeur de la planète est trop grande pour toute comparaison.
SALUTATIONS DU VENEZUELA
J'apprécie cette publication scientifique en français :)
Physique des particules 101, c'est parfait pour moi. Comprendre la structure de la matière dans sa plus simple expression est palpitant ! Et la vulgarisation pédagogique est efficace ... j'ai tout compris :)
Il faudra poursuivre cette belle lancée @lemouth.
Merci pour etre passee et avoir lu. J'essaie d'etre comprehensible, mais c'est toujours plus facile de vive voix (avec les reactions du public) que par ecrit. Je ne peux malheureusement pas promettre quand sera la suite... C'est toujours le temps qui me manque affreusement ;)
Encore une fois un article très bien écrit, merci pour le cours.
Avec plasir!
Enrichissant et instructif comme toujours ! Upvoté à 100% !
Merci les amis!
Ah ben tiens!!! Cette fois, j'arrive même à comprendre!!! Faut continuer et là, peut-être que tu pourras effectivement me prendre en thèse!!! lol :P
Euh ou pas pour la these. Je vais essayer de continuer, mais tu connais les problematiques temporelles aussi bien que moi ... :D
Je les connais... je n'arrive même plus à écrire moi même!!! Du coup... je lis... ;l)
Ce soir si tout va bien je prendrai un peu de temps pour pondre qqch ;)
@lemouth faut pas arrêter la série cette fois-ci, elle parait extrêmement éducative..
Je ne vais pas l'arreter... mais c'est juste que j'ai tres peu de temps pour ecrire en ce moment. Mon temps sur Steem est dedie a autre chose (qui ne se voit pas forcement) ;)
I needed to read this a few weeks ago to surprise my physics teacher and not to postpone the subject, very interesting that research, I will take it into account.
Feel free to ask questions if you have any (I gave the link to the English version at the beginning of the post). It will be my pleasure to give you answers :)
Félicitations ! Votre article a été séléctionné par le projet @fr-stars. Vous avez reçu un vote à 100%.
Félicitations @lemouth pour votre beau travail!
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@ajanphoto
Merci les amis :)
Hi @lemouth!
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Salutations, cette ironie tellement parler de trous noirs.
Nous en avons un juste autour du coin.
https://www.tendencias21.net/Un-agujero-negro-supermasivo-se-oculta-en-nuestra-galaxia_a44835.html
https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/201834294
SALUTATIONS DU VENEZUELA
Il y en a effectivement un au centre de notre galaxie (pas vraiment derriere le coin cependant :p), mais celui la c'est un gros de chez gros :)