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Hadron | | | | | L'intérieur de l'atome | | | | |
| | | | | A l'intérieur d'un atome on trouve des nucléons, c’est à dire des protons et des neutrons, à l'intérieur desquels on va trouver des quarks.
C’est la physique des particules qui étudie les composants et les énergies les plus petites de la nature.
Elle s’intéresse à l’infiniment petit, c’est à dire aux éléments fondamentaux de la matière.
Les dimensions ces composants se situent dans la plage qui va de 10-19 à 10-15 mètre, tandis que l’unité d’énergie la plus fréquemment utilisée est l’électronvolt (eV) et ses dérivés, les keV (103eV), MeV (106eV), GeV (109eV) et Tev (1012eV).
L’électronvolt est une unité commode car les quantités d’énergie étudiées par les physiciens des particules, sont très petites.
Pour se faire une idée des énergies manipulées, je citerai le cas du LHC, l’énergie totale dégagée par une collision est de 14 TeV, ce qui en fait l’accélérateur de particules le plus puissant du monde. Pourtant, si l’on convertit cette quantité en joules, il s’agit d’une très petite quantité d’énergie : 1 eV = 1.602 x 10–19 joules.
14 TeV = 22.4 x 10–7 joules.
A titre de comparaison, l’énergie dégagée par la chute d'une pierre de 1 kg, d’une hauteur de 1 m est de 9,8 joules, soit 6,1 x 1019 eV. | | 
 Les dimensions de la physique des particules .
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| Nombre | Symbole | | 10-15 | 0,000 000 000 000 001 | fm (femto) | | 10-12 | 0,000 000 000 001 | p (pico) | | 10-9 | 0,000 000 001 | n (nano) | | 10-6 | 0,000 001 | µ (micro) | | 10-3 | 0,001 | m (milli) | | 10-2 | 0,01 | | | 10-1 | 0,1 | | | 100 | 1 | | | 101 | 10 | | | 102 | 100 | | | 103 | 1 000 | k (kilo) | | 106 | 1 000 000 | M (mega) | | 109 | 1 000 000 000 | G (giga) | | 1012 | 1 000 000 000 000 | T (tera) | | 1015 | 1 000 000 000 000 000 | P (peta) |
Les puissances de 10, utilisées en physique. | | | | | | | L'intérieur de la matière en 1950 | | | | |
| | | | | Un hadron est un composé de particules subatomiques régi par l'interaction forte. Ces particules sont composées de quarks et/ou d'antiquarks ainsi que de gluons, comme les protons et les neutrons.
Malheureusement, la nature est beaucoup plus compliquée qu'on le pensait au 20ème siècle.
On sait maintenant que le monde des particules est extrêmement riche. Pour assouvir sa curiosité, l'homme est obligé de créer des machines infernales (Tévatron, LHC, ...), de plus en plus puissantes pour éplucher la matière jusqu'aux confins de l'infiniment petit.
Dans les années 1950, les particules élémentaires prolifèrent au point que l'alphabet n'a pas assez de lettres pour les nommer : on en comptait alors plus de 400.
 Classification des particules élémentaires dans les années 1950. | | 
| | | | | | | Les 4 forces ou interactions connues | | | | |
| | | | | La force forte lie entre eux les quarks, qui constituent ainsi des protons et des neutrons (et d’autres particules). C’est aussi elle qui lie les protons et les neutrons dans le noyau, en surmontant l’énorme répulsion électrique qui s’exerce entre les protons. Cette force est ressentie par les quarks et portée par les gluons. La force électromagnétique lie les électrons au noyau à l’intérieur de l’atome, permet aux atomes de former des molécules, et est à l’origine des propriétés des solides, des liquides et des gaz. Cette force est ressentie par les quarks et les leptons chargés. Elle est portée par les photons. | | La force faible suscite la radioactivité naturelle, par exemple celle qu’on trouve dans la Terre. C’est aussi un facteur essentiel des réactions nucléaires dans les centres des étoiles telles que le Soleil, où l'hydrogène est converti en hélium. Elle est ressentie par les quarks et les leptons et portée par les bosons W et Z.
La force gravitationnelle ou gravité fait tomber les pommes des arbres. C’est une force d’attraction. À l’échelle astronomique, elle fait tenir la matière dans les planètes et les étoiles, et rassemble les étoiles pour former des galaxies. | | 
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. | | | | | | | Le modèle standard | | | | |
| | | | | Aujourd'hui le modèle Standard décrit avec succès trois des quatre interactions fondamentales : forte, faible et électromagnétique.
Le tableau des particules élémentaires contient trois familles : la première comprend les quarks up et down, et les leptons électron et neutrino électronique ; la deuxième contient les quarks charm et strange, et les leptons muon et neutrino muonique ; la troisième a comme membres les quarks top et bottom et les leptons tau et neutrino tau.
Quatre de ces particules élémentaires suffiraient en principe pour construire le monde qui nous entoure : les quarks up et down, l'électron et le neutrino électronique. Les autres sont instables et se désintègrent pour arriver aux quatre indiquées.
Le Modèle Standard ne décrit pas la quatrième interaction : l'interaction gravitationnelle. Pourtant il faudra qu'une théorie fondamentale la prenne en compte. Tableau des particules élémentaires du Modèle Standard. | | 
| | | | | | | Hadron du grec adros | | | | catégorie : particules |
| | | | | Il ne faut pas imaginer le proton, le neutron ou tout autre hadron Un hadron est un composé de particules subatomiques régi par l'interaction forte. Ces particules sont composées de quarks et/ou d'anti-quarks ainsi que de gluons. comme un objet figé.
On peut penser que c’est une boule chargée électriquement mais c’est une image très mal adaptée.
Dans un proton, on trouve des quarks, des antiquarks et des gluons. Le hadron contient 3 quarks de plus que d'antiquarks : ce sont "les quarks de valence". Ils donnent au baryon Un baryon est, en physique des particules, une catégorie de particules, dont les représentants les plus connus sont le proton et le neutron. Le terme « baryon » vient du grec barys qui signifie « lourd » ; il se réfère au fait que les baryons sont en général plus lourds que les autres types de particules. sa charge électrique et ses autres nombres quantiques. Les autres quarks constituent "la mer quarks antiquarks". Les gluons représentent 30 à 40% de l'énergie du proton. A l'intérieur du champ clos du proton c’est à dire à (10-15 mètres), les quarks se meuvent librement. Ce n'est que lorsqu'ils tendent à s'écarter que les forces s'intensifient et les empêchent de s'éloigner. On nomme cette propriété "liberté asymptotique". Cette liberté à courte distance est caractéristique de la théorie de Jauge de la couleur. Comme ils sont porteurs de charges de couleur qu'ils font circuler entre les quarks, les gluons sont eux-mêmes sensibles à la force de couleur.
Les hadrons interagissent entre eux et forment une espèce de gelée de plus en plus rigide à mesure que croît l'énergie mise en jeu, ce qui cause le confinement des quarks. Plus on scrute finement le nucléon, en utilisant des particules plus énergétiques et plus on y trouve un mélange complexe comportant des quarks et des antiquarks de masse élevée. | | Si bien qu'il ne faut pas imaginer le proton, le neutron ou tout autre hadron comme un objet figé, mais de façon dynamique comme une sorte de chapeau de prestidigitateur où l'on trouve d'autant plus de choses qu'on s'y prend énergiquement pour les rechercher.
Les quarks sont les constituants de base de la matière et les forces agissent par l’intermédiaire de particules porteuses circulant entre les particules de matière. Les forces se distinguent également par des intensités différentes.
Ce qu'il faut retenir c’est que, énergie et masse sont deux aspects d’un même phénomène, conformément à la célèbre équation d’Einstein (E = mc2), la masse peut se transformer en énergie et inversement.
Dans le LHC, une telle transformation se produit lors de chaque collision. En raison de cette équivalence, masse et énergie peuvent être mesurées avec les mêmes unités. À l’échelle de la physique des particules, il s’agit de l’électronvolt.
La grande unification des particules élémentaires et de leurs interactions fondamentales préoccupe depuis longtemps la communauté des physiciens.
Einstein a consacré sans succès les trente dernières années de sa vie à la quête d'une théorie unifiée de l'électromagnétisme à la gravitation.
Aujourd'hui, le but est loin d'avoir été atteint. | | 
Simulation de collision de particules faisant apparaître une multitude de particules complexes. | | | | | | |
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