Existe-t-il des particules plus petites que les neutrons, protons et électrons ?

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Il existe des particules plus petites que l’on appelle les particules élémentaires qui elles ne seraient composées d’aucunes autres particules.

D’après le modèle standard, il existerait 18 particules élémentaires et donc 18 antiparticules, ce qui ferait 36 particules élémentaires.

On considère qu’il existe plusieurs familles de particules reprises dans ce tableau :  

Les particules élémentaires sont classées en plusieurs catégories : il y a les fermions qui constituent la matière et les bosons qui assurent la cohésion des fermions entre eux, on les appelle des vecteurs de force.

Les fermions :

Ce sont de vraies particules et on les subdivise en deux catégories : les quarks et les leptons.

Les quarks :

Il existe 6 quarks (u = up ; d = down ; s = strange ; c = charm ; t = top ; b = bottom) et 6 antiquarks.

Ces quarks n’existent jamais seuls et ils sont liés entre eux par des particules vecteurs de la force forte : les gluons.

En regroupant au hasard des quarks, on a réussi, grâce aux accélérateurs de particules, à former plus de 200 particules différentes.

Les quarks peuvent se combiner de deux façons, soit en meson (un quark et un antiquark ; exemple : les pions, le kaon) , soit en baryons (trois quarks ; exemple : le neutron, le proton).

Les leptons :

Les leptons sont légers et sont au nombre de 6 : l’électron et le neutrino électronique ; le muon m et le neutrino muonique ; et le tau t et le neutrino tautique. Si on tient compte de l’antimatière, les leptons sont au nombre de 12.

Contrairement aux quarks, ils peuvent tous vivre seul. L’électron est le plus léger, le muon est 200 fois plus lourds que l’électron et le tau est 3600 fois plus lourd que l’électron. Les muons et les taus sont dus à la force faible (celle responsable des désintégrations nucléaires), mais sont ultra instables et donc difficile à observer.

Les neutrinos ne sont sensibles que à la force nucléaire faible dont l’action est de très courte portée, c’est pourquoi les neutrinos intéragissent très très peu. Ils peuvent facilement traverser la Terre et les objets qui nous entours.

Les bosons :

Ce sont des particules vecteurs de force qui s’associent en nombre illimité par assurer les quatre forces fondamentales.

Il existe le boson w+, le boson w- et le boson z zéro, tous trois vecteurs de la force faible, ils ont une portée de 1.10^-12 mètres et n’agissent que dans les noyaux.

Les photons sont porteurs de la forces électromagnétique et ils lient, entre autre, les électrons au noyau. Ils ont une masse nulle et se déplacent à la vitesse de la lumière.

Les gravitons sont porteurs de la force de la gravitation (on ne les a jamais vus et sont purement théoriques).

Les gluons sont vecteurs de la force forte, ils sont responsables de la cohésion du noyau car agissent au niveau des quarks en les empêchant de vivre seul.

Seules l’électron, le neutrino électronique, les quarks « up » et « down » sont nécessaire pour construire toute la matière stable de l’univers d’aujourd’hui (ces particules élémentaires sont mises en vert dans le tableau).

Dans ce travail, nous nous intéressons principalement aux quarks up et down et aux gluons car ils existent dans les noyaux atomiques.

Mais ouvrons une parenthèse sur les neutrinos électroniques car ils existent également dans notre univers et en très très grande quantité puisqu’on les estime à 300 par cm³. Ils sont tellement petits qu’ils traversent la matière considérant, à leur échelle, qu’elle est remplie de vide. Etant donné qu’ils interagissent très peu, ils ont la faculté de garder leur énergie constante. Les neutrinos électroniques que l’on rencontre sur terre proviennent essentiellement des centrales nucléaire, du soleil et du BIG BANG.

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