hadron n.m.
Particule atomique lourde composée de particules subatomiques régies par l’interaction forte: quarks, antiquarks et gluons, les vecteurs qui maintiennent les quarks ensemble.
Il en existe deux grandes classes: 1- les baryons sont stables, tels les nucléons qui constituent le noyau de la matière, ou instables come les hypérons; 2 - les mésons également instables, qui se désintègrent rapidement.
Parmi les nucléons, le proton est chargé positivement (+1). Il est formé de trois quarks u u d, dont les charges: 2/3 +2/3, -1/3 = +1, s’ajoutent. Le neutron a une charge nulle (d’où son nom); il est, en effet, composé des trois quarks u d d dont les charges: +2/3, -1/3,-1/3 = 0, s’annulent.
Les hypérons sont des particules instables de type baryons; ils sont formés également de trois quarks et se désintègrent très rapidement en nucléon, proton ou neutron selon leur charge, et en mésons ; ils sont désignés par les lettres grecques lambda (Λ), delta (Δ), epsilon (Σ), xi (Ξ), oméga(Ω).
Les baryons ont leurs antiparticules: antiproton, antineutron, composés des quarks à polarité inversée.
Les mésons sont des hadrons instables; ils sont composés d’un quark et d’un antiquark. Les principaux mésons sont: le méson pi (π) ou pion, formé du quark u et de l’antiquark d, le ka (κ) ou kaon, formé du quark s et de l’antiquark u, le rho (ρ), etc. Leur masse est importante et leur durée de vie très courte.
L’hadronthérapie utilisant ces particules à haute énergie pour le traitement des tumeurs permettrait une focalisation précise.
L. B. Okun, physicien russe (1962)
Étym. gr. hadros : massif, lourd
→ proton, neutron, méson pi, quark
[B1]
Édit. 2015
fermion l.m.
fermion
Particule élémentaire caractérisée par un spin (moment cinétique intrinsèque) demi-entier dont il existe deux grands groupes : les quarks et les leptons.
- Les six quarks : up(u), down (d), strange (s), charm (c), bottom (b), top (t), et les six antiparticules correspondantes sont sensibles à toutes les interactions ; ils contribuent à former les baryons (hadrons), en particulier les nucléons, protons et neutrons, formés de trois quarks dont la cohésion est assurée par les gluons.
- Les six leptons : électron (e-) et positon (e+), muon (μ –, μ+), tauon (τ –,τ +) sont sensibles seulement à l’interaction électrofaible et insensible à l’interaction forte. Obéissant à la loi d’exclusion de Fermi (ils ne peuvent dans le même temps occuper le même état quantique) ils ne peuvent pas constituer des particules composites. A l’échelle quantique ils sont à la fois onde et particule (nature duale).
Les fermions ont été groupés en trois familles : la première est constituée des éléments stables : électron et son neutrino, deux quarks u (up) et un d (down) à l’origine de la matière ordinaire : nucléons et atomes. Les deux autres sont constitués de particules instables : muon et tauon et leur neutrino, les autres quarks et antiquarks ; ils ont été découverts dans les produits de désintégration des rayons cosmiques et par des expérimentations nécessitant de grandes énergies.
Les baryons dont le total de spin est demi-entier (1/2) sont considérés comme des fermions.
E. Fermi, physicien et mathématicien italo-américain, prix Nobel de 1938 (1901-1954) ; P. Dirac, physicien britannique, prix Nobel de physique de 1933 (1902-1984)
Étym. du nom du physicien italio-américain E. Fermi donné par P. Dirac
→ lepton, quark, interactions fondamentales, spin
[B1]
Édit. 2018
interactions fondamentales l.f.p.
fundamental intaractions, fundamental forces
En mécanique quantique, forces d’attraction à distance, de séparation et de cohésion entre les particules par l’intermédiaire de vecteurs tels que les bosons : photon, bosons W et Z°, et gluons).
Dans le modèle standard (SM) de la physique quantique on distingue quatre interactions fondamentales :
- l’interaction électromagnétique, dont le vecteur est le photon, liant les électrons au noyau de l’atome, intervenant dans les réactions chimiques et biologiques en permettant aux atomes de former les molécules et aux molécules d’interagir entre elles ;
- l’interaction faible agit sur les fermions (leptons et quarks) ; les vecteurs sont les bosons W et Z°. Responsable de désintégration, elle intervient dans la radioactivité β des noyaux atomiques (réactions nucléaires, combustion solaire). Par ex. dans la désintégration β- par l’intermédiaire du boson W-, un quark u du neutron se désintègre en quark d, transformant le neutron en proton avec émission d’un électron et d’un antineutrino électronique.
La réunion de ces deux interactions électromagnétique et faible est dite interaction électrofaible. Elle unifie les manifestations de l’électricité, du magnétisme, de la lumière et de la radioactivité ;
- l’interaction forte est la force d’attraction et de cohésion à l’intérieur des noyaux atomiques. Les vecteurs sont les gluons, ils lient les quarks entre eux dans les protons et les neutrons, assurent la cohésion de ces particules et permet la cohabitation de plusieurs neutrons ;
- l’interaction gravitationnelle est responsable de la pesanteur et des phénomènes astronomiques. Son vecteur est inconnu ;
- une autre interaction, par l’intermédiaire du boson de Higgs, ou plus précisément du champ de Higgs, serait responsable de la masse des particules par leur attraction dans ce champ. Le photon qui n’interagit pas avec ce champ a donc une masse nulle.
Syn. forces fondamentales
→ boson, boson de Higgs, gluon, radioactivité bêta moins (β-), quarks, rayonnement électro-magnétique
neutron n.m.
neutron
Particule constitutive du noyau atomique ou elle est associée aux protons, sans charge électrique, de spin 1/2, de masse : 1,68.10-24 g ou 1,009 uma ou équivalent énergétique 939 MeV.
Le neutron fait partie du groupe des baryons, il est constitué de trois quarks (q): un up de charge 2/3 et deux down de charge -1/3 chacun. Le total est donc une charge nulle. Ces trois quarks sont unis par une interaction forte véhiculée par les gluons. Les isotopes d’un élément sont dus au fait que, dans le noyau, le nombre de neutrons (N) peut varier alors que le nombre de protons (Z) est constant, modifiant le nombre de masse (A =Z+N).
A l'état libre le neutron se désintègre spontanément de façon aléatoire (avec une période de 12 min.) en un proton et un électron en libérant une énergie de 0,78 MeV.
Les neutrons de grande vitesse se ralentissent dans la matière au cours de collisions avec des noyaux légers. Les neutrons de faible vitesse peuvent être capturés par des noyaux et les transforment en isotopes (mode usuel de production des radioéléments artificiels) ou provoquent la fission des noyaux lourds.
Les neutrons ont peu d'applications directes en médecine. En radiothérapie, on avait espéré un avantage radio-biologique de la grande densité d'ionisation des protons constituant le rayonnement secondaire des neutrons de grande énergie, mais l'expérience clinique ne l'a pas confirmé. On a envisagé de produire in situ des isotopes radioactifs d'atomes véhiculés par une molécule sélectivement concentrée dans une tumeur, en irradiant celle-ci avec un faisceau de neutrons de faible énergie; les tentatives sur des tumeurs cérébrales restent peu encourageantes.
E. Rutherford, Sir, chimiste et physicien britannique, prix Nobel de chimie en 1908 (1920), J. Chadwick, Sir, physicien britannique, prix Nobel de physique 1935 (1932)
→ nucléon, quark, isotope, masse atomique
quark n.m.
Particule élémentaire, de structure indécelable, constitutive des particules matérielles lourdes.
Il existe six quarks : up (u), down (d), strange (s), charm (c), bottom (b), top (t). On distingue plusieurs types selon divers caractères, en particulier leur charge (-1/3 ou +2/3 de e, charge de l’électron). Les mésons sont des ensembles quark-antiquark, et les baryons des ensembles de 3 quarks : u u d pour le proton, u d d pour le neutron ; ils sont maintenus ensemble par l’interaction forte portée par les gluons.
M. Gell-Mann, physicien américain, prix Nobel de physique en 1969 (1964), G. Zweig, physicien américain (1964)
Étym. du roman Finnegans Wake de James Joyce : « Three Quarks for Muster Mark”
→ lepton, interactions fondamentales, hadron, meson,
gluon n.m.
gluon
Particule subatomique, de masse nulle, vecteur le l’interaction forte intervenant dans le maintien des quarks (et antiquarks) ensembles pour former les protons et les neutrons et assurer leur cohésion à l’intérieur du noyau atomique.
Étym. angl. glue : colle forte ; fr. glu ; on suffixe des particules atomiques