Qu'est-ce que l'électron ? | | | | |
L'électron est plutôt une sorte de point électrique pesant, dont nul ne sait très bien ni où il est, ni où il va. Il tourne sur lui-même comme une toupie sans pouvoir s'arrêter et il présente une certaine forme de connivence très discrète (interaction faible) avec la plupart des autres particules.
Il appartient à la famille des leptons où il occupe la place d'honneur.
Dans le monde quantique, cela veut dire que lorsqu'une force agit sur lui, elle rencontre un objet sans étendue, en un point bien précis, et non pas une boule qui aurait un certain volume.
Si vous voulez prévoir où le trouver, même avec les calculs les plus précis, vous ne pourrez obtenir que des indications assez vagues du genre "cet électron est quelque part par là, dans une zone de quelques 10-10 mètres et il se dirige à peu près vers le haut à quelques dizaines de milliers de kilomètres par seconde".
Et si vous voulez être plus précis sur sa position, vous serez amené à être encore plus flou à propos de sa direction et de sa vitesse et vice versa.
C’est l'un des paradoxes de la mécanique quantique : vous ne sortirez pas de ce dilemme même avec les meilleurs instruments, les équations les plus exactes et les plus gros ordinateurs du monde, parce qu'en réalité l'électron n'a pas de localisation précise. | | Il reste dans une espèce de vague, à la fois un peu ici et un peu là, au point que lorsque, par exemple, il traverse un bristol percé de deux trous rapprochés, nul ne peut dire par quel trou il est passé, ni même s'il est vraiment passé par un seul trou.
Pourtant, si au cours de ses errances il lui arrive de bousculer un autre électron, cela se passe dans un endroit bien précis, par exemple sur un grain photographique qui sera alors impressionné : il y laisse une petite tache noire, toute petite et dont on peut mesurer avec précision la position.
Mais après cette mesure, il voguera à nouveau sur sa vague incertaine, dans une direction que nul ne peut prévoir.
C’est là, la façon d'être, de toutes particules connues, électron, proton, neutron...
Cette sorte de flou a longtemps laissé les chercheurs perplexes : ils avaient l'habitude des grandeurs concrètes et précises comme les directions des étoiles ou les trajectoires des planètes.
De grands personnages de la science, Albert EINSTEIN, Louis de BROGLIE et d'autres, se sont longtemps évertués à trouver le moyen de les assimiler aux "points matériels" qu'ils décrivaient dans leurs équations habituelles et qui ressemblaient plus ou moins à de minuscules boulets de canon. | | Ils ont dû admettre l'inconcevable : les particules, en dépit de ce mot trompeur que nous employons pour les désigner, ne sont jamais bien localisables.
Les particules sont simplement par là, dans une zone à peu près définie à l'intérieur d'un territoire délimité par les forces qui agissent sur elles, forces qui les piègent et les entraînent à leur gré.
Un physicien, Werner Heisenberg a découvert les relations d'incertitudes, petites inégalités mathématiques selon lesquelles se combinent les imprécisions de leurs positions et de leurs vitesses, et qui traduisent, sous forme mathématique, cette impression de flou.
Celle-ci introduit de l'imprévu au cœur même de la matière. Cette imprecision offre même à l'électron l'occasion de réaliser des sortes d'exploits, comme de franchir des obstacles en apparence infranchissables grâce au fait qu'il lui arrive d'être à la fois des deux côtés de la barrière !
Cette incertitude fondamentale s'exprime dans le fait qu'une particule, dans les équations, n'est pas associée à un point matériel aux coordonnées bien précises, comme c'était le cas en mécanique classique. |
Ce qui représente la particule est une onde, c’est à dire une grandeur calculable en divers points de l'espace et dont l'évolution au cours du temps est, elle aussi, calculable.
En bref, toutes les particules relèvent de calculs de probabilité et non pas de positions et de vitesses exactement calculables.
L'électrons est l'une des plus légères particules (10-27 gramme) du moins parmi celles qu'on appelle fermions, celles qui tiennent vraiment de la place.
L'électron est nanti d'une charge électrique, à laquelle il doit son nom (1,6*10-19 coulomb), c’est la charge électrique élémentaire; cette charge maintient à distance les autres électrons; quand il passe à côté d'un proton, quelque 1800 fois plus lourd, l'électron est attiré et c’est lui, qui fait presque tout le chemin. | | 
 illustration de l'électron, en réalité l'électron n'a pas de localisation précise. Il reste dans une espèce de vague, à la fois un peu ici et un peu là.
| | Ils se retrouvent accrochés l'un à l'autre, le proton au centre presque immobile, l'électron s'étalant de façon un peu désordonnée tout autour de lui.
Curieusement, cette force électrique, cette attraction qui les lie, ne les colle pas vraiment ensemble.
Elle contraint seulement l'électron à rester dans un territoire limité, une sorte de case quantique petite mais beaucoup plus grosse que le proton.
Leurs deux charges électriques se compensent si exactement que, vue de loin, leur association semble ne pas porter de charge électrique du tout et cet ensemble neutre constitue un atome, le plus simple de tous; l'atome d'hydrogène.
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