• Etude de la masse-énergie des particules atomiques

     

     

    PHYSIQUE DES ONDES

     

    ESSAI D'UNE NOUVELLE PHYSIQUE

     

    RUBRIQUE N° 24 Étude de la masse-énergie des particules atomiques

     

    Par Paul Bouchard Le 05/11/2018

     

    1) INTRODUCTION

     

    Dans les précédentes rubriques N°22 et 23 nous avons étudié, dans le cadre des hypothèses de la physique des ondes, les propriétés que possède l'électron de par sa constitution en ondes doubles, énergie et structure. Elles se manifestent de manière particulière en mouvement et au repos, dans le couplage spin-orbite, dans les interactions électro-magnétiques et dans les phénomènes de polarité. Il serait bon de lire ces deux rubriques avant d'entamer celle-ci. Il est en outre indispensable, si l'on veut comprendre, sinon admettre ce qui va suivre, de connaître les hypothèses de base de la physique des ondes qui sont exposées dans les 5 premiers chapitres de ce blog.

     

    La présente rubrique conduit à l'étude de la structure des nucléons. La physique des ondes expose au chapitre N°4 paragraphe N°424 de ce blog, ses hypothèses ''très spéciales'' qui concernent la constitution des nucléons. Cette constitution est une des bases des développements qui vont suivre. Il est donc indispensable d'en prendre connaissance avant de poursuivre la présente lecture. Si vous rejetez d’emblée les hypothèses qui sont à la base du blog, le suivi n'a aucun sens.

     

    2) LES PARTICULES DITES ÉLÉMENTAIRES

     

    Depuis l'antiquité grecque (Démocrite), ''l'atome'' (qui signifie indivisible) est considéré par les scientifiques comme le constituant fondamental de la matière.

     

    Afin d'expliquer les propriétés chimiques des atomes et à la suite de leurs travaux sur les rayons cathodiques, J.J. Thomson et son équipe de physiciens britanniques identifient en 1897 ''l'électron'' comme une quantité indivisible de charge électrique (-). A la suite de la découverte du noyau atomique par Ernest Rutherford en 1911, des travaux de Planck et de Niels Bohr, le proton de charge positive a été déterminé comme particule élémentaire constituant le noyau de l'atome d'hydrogène.

     

    << En 1930, en Allemagne, Walther Bothe et Herbert Becker, spécialistes du rayonnement cosmique observent que les éléments légers lithium, béryllium et bore, bombardés par des particules alpha (α), émettent des rayons « ultra pénétrants » qu’ils supposent être des rayons gamma beaucoup plus énergiques que ceux émis par des noyaux radioactifs ou accompagnant les transmutations nucléaires. En 1931, en France, Irène et Frédéric Joliot-Curie intrigués par ces résultats cherchent à comprendre la nature de ce rayonnement et découvrent qu’il a la propriété de mettre en mouvement des noyaux atomiques et en particulier des protons…En 1932, en Angleterre, James Chadwick fait un test confirmant les résultats. Il mesure avec précision l’énergie des noyaux projetés et affirme que le rayonnement « ultra pénétrant » ne peut être un rayonnement gamma d’énergie très élevée, mais qu'il doit être composé de particules de masse 1 et de charge électrique 0, c’est le neutron pour la découverte duquel il gagne en 1935 le Prix Nobel de physique. >> Wikipedia

     

    En résumant l'historique, c'est entre 1911 et 1935 que les découvreurs de la radioactivité et de l'énergie atomique ont fixé la charge la masse et le rôle de chacune des particules dites alors élémentaires, électron-positron (-)(+), proton (+), neutron. Nous indiquerons plus loin leur masse respective. Nous poursuivons ci-dessous l'histoire de ces trois particules et nous montrerons que seul l'électron-positron va se révéler être véritablement élémentaire. En physique des particules, le positron ou positon, encore appelé antiélectron, est l'antiparticule associée à l'électron. Il possède une charge élémentaire de +1 (-1 pour l'électron), un spin opposé et la même masse que l'électron.

     

    3) L'EXPLOSION DES PARTICULES. LE MODÈLE STANDARD

     

    Pour l'étude du noyau atomique, Ernest Rutherford ainsi que tous les découvreurs du neutron dont nous venons de parler, ont utilisé des atomes d'azote bombardés par des particules alpha engendrées par des éléments radioactifs naturels. Il est vite apparu que l'étude plus approfondie de la structure de la matière nécessitait des faisceaux de particules plus énergétiques et plus contrôlés. Une solution possible était d'accélérer les particules dans un tube à vide soumis à une très haute tension. Pour obtenir plusieurs millions de volts, ont été installés des accélérateurs de particules, linéaires ou circulaires. Ces instruments utilisent des champs électriques ou magnétiques qui communiquent aux particules chargées électriquement des vitesses élevées et donc de l'énergie. Les renseignements ci-dessous sont des extraits de Wikipedia (merci à cette encyclopédie).

     

    << Pour étudier l'interaction des neutrons et des protons dans le noyau atomique, on les fait entrer en collision dans un accélérateur de particules. On découvre alors que ces particules subatomiques sont elles-mêmes composées d'objets plus petits, les quarks. Les protons et les neutrons sont composés chacun de trois quarks. Ces particules composites sont presque toujours représentées sous une forme parfaitement sphérique mais cette dernière représente seulement la région de l'espace au-delà de laquelle la nature composite de ces particules devient visible. Dans le modèle standard, proton et neutron n'ont pas de forme à proprement parler. >>

     

    << Avant que le Modèle Standard ne soit développé dans les années 1970, les éléments clés du modèle standard connus sous le nom « quarks » avaient été proposés par Murray Gell-Mann et George Zweig en 1964. Par la suite les physiciens ont observé des centaines de différentes sortes de particules dans les accélérateurs de particules. Ils les ont groupées, identifiées, nommées et classées en fonction de leurs caractéristiques, un peu à la manière de la taxinomie qui a pour objet de décrire les organismes vivants. C'est donc sans surprise que ce grand nombre de particules fut désigné par les physiciens comme le "zoo des particules".>>

     

    << En 2004, il y avait plus de 15 000 accélérateurs dans le monde. Une centaine seulement sont de très grosses installations, nationales ou supranationales (CERN). Les machines électrostatiques de type industriel composent plus de 80 % du parc mondial des accélérateurs industriels d'électrons. De très nombreux petits accélérateurs linéaires sont utilisés en médecine (radiothérapie anti-tumorale). >>

     

    << Les particules qui sont observées dans les accélérateurs de plus en plus puissants ne sont généralement, d'après la théorie qui prévaut actuellement en physique standard des particules, rien d'autre que des combinaisons de quarks.... Il en existe 6 types différents et 3 variétés dans chaque types surnommées couleurs (rouge, vert et bleu donnant son nom à la ''chromodynamique quantique'')...Cette théorie (QCD) décrit l'interaction forte, l'une des quatre forces fondamentales. Elle permet de comprendre les interactions entre les quarks et les gluons et, au passage, la cohésion du noyau atomique. >>

     

    << La première génération de quarks constitue la « matière ordinaire » : les neutrons sont constitués de deux quarks (d) Down et d'un quark (u) Up, et les protons sont formés de deux quarks (u) Up et d'un quark (d) Down. Les quarks de deuxième et troisième générations sont plus lourds, forment des particules toutes instables, et se désintègrent en quarks de première génération. >>

     

    << Les quarks ont cette caractéristique que l'on ne les observe jamais seuls. En effet, ils sont toujours groupés en hadrons et constituent les assemblages suivants:

    * Assemblage d'un quark et d'un anti-quark : ''les mésons'', qui sont des bosons.

    *Assemblage de trois quarks de couleurs différentes: ''les baryons'', qui sont des fermions. >>

     

    << Dans le modèle standard, il existe en outre six différentes sortes de ce qu'on appelle les leptons. Parmi ces six leptons, il y a trois particules chargées : l'électron, le muon et le tauon. Les neutrinos comprennent les trois autres leptons, et pour chaque neutrino il existe un élément correspondant de l'autre jeu de trois leptons. Il existe également des bosons, y compris les photons et les bosons W(+), W(-) et Z(o), les gluons et le boson de Higgs, ainsi qu'un espace ouvert (à découvrir) pour le graviton. Presque toutes ces particules viennent en versions « gauchère » ou « droitière » (chiralité). Les quarks, leptons et boson W ont tous une antiparticule avec une charge électrique opposée. >> 

     

    Nous donnerons plus loin notre point de vue particulier sur la chiralité physique des particules. Celle des protons pose aux physiciens des particules un sérieux problème de compréhension que les équations de la (QCD) ne parviennent pas à résoudre. On est obligé de supposer qu’existe, à l’intérieur du proton, << un mélange très complexe et turbulent de gluons et de quarks. Jusqu'à un certain point, la puissance de calcul informatique peut résoudre ces équations, comme l'a montré en 2008 la spectaculaire dérivation de la masse du proton et d'autres hadrons légers. Mais le problème est encore difficile pour le calcul du spin des gluons qui apparaissent et disparaissent sans cesse entre les quarks qui le constituent. >> extrait de :

    https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-mystere-spin-proton-desepaissit-54457/

     

    Avant d'exposer la vision que la physique des ondes porte sur le spin la composition des quarks et des nucléons, conception qui diffère de celle que nous venons de décrire, il nous faut tenter de comprendre comment sont conduites les recherches expérimentales de confirmation de la théorie standard. Pour connaître les procédés techniques employés dans les accélérateurs, nous devons aborder les thèses des physiciens des particules, c'est-à-dire la ''chromodynamique quantique''. Ils utilisent les accélérateurs de particules pour ''trier'' toutes celles-ci, étudier leurs interactions et expliquer la composition des nucléons (ce qui nous intéresse présentement). Nous pourrons alors mieux comprendre la différence de conception entre les deux physiques et la plus simple adéquation de la nôtre avec le réel expérimental.

     

    4) COLLISIONS ET DIFFUSIONS DES PARTICULES DANS LES ACCÉLÉRATEURS

     

    41) Théories et méthodes utilisées (extraits de Wikipedia)

     

    << La chromodynamique quantique (en abrégé CDQ ou QCD, ce dernier de l'anglais Quantum Chromo Dynamics) est une théorie physique qui décrit l’interaction forte, l’une des quatre forces fondamentales qui permet de comprendre les interactions entre les quarks et les gluons et, au passage, la cohésion du noyau atomique. Elle fut proposée en 1973 par H. David Politzer, Frank Wilczek et David Gross pour comprendre la structure des hadrons (c'est-à-dire d'une part les baryons comme les protons, neutrons et particules similaires, et d'autre part les mésons). Ils reçurent le prix Nobel de physique en 2004 pour ces travaux. Elle utilise la théorie quantique des champs pour rendre compte de l’interaction entre quarks et gluons. >> Wikipedia

     

    La physique expérimentale a depuis longtemps utilisé le plus simple procédé de connaissance interne et externe de la matière qui est l'accélération de particules ou d'ondes que l'on envoie frapper la cible à étudier. L'étude de la diffusion, de la transmission ou de l'absorption d'un projectile (particule ou onde) renseigne sur la structure superficielle ou intérieure de la cible et sur la composition des deux éléments en interaction. Cependant nous allons constater que la dualité ''onde-particule'' qui reste encore le fondement de la physique standard, vient compliquer la base théorique et apporter le trouble dans l'analyse des résultats expérimentaux.

     

    J'espère, dans ce domaine de connaissance des nucléons, montrer à nouveau que la physique des ondes donne aux résultats expérimentaux des explications plus simples. Ceux-ci devraient permettre de fixer encore mieux la réalité de la composition et des phénomènes nucléaires. Je vous recommande de lire ou relire notre rubrique N°2 ''Microscopes utilisant les ondes de structure''. Nous y avons traité, au niveau du nanomètre, de la connaissance des structures de la matière obtenue grâce à différents types de microscopes utilisant le procédé de diffusion par les ondes et particulièrement par l'électron.

     

    Pour fixer les idées il est intéressant de rappeler l'échelle dimensionnelle des corpuscules, particules et des longueurs d'ondes sur et avec lesquelles il est possible de collisionner. Voir la rubrique N°5. Adoptons comme unités le mètre et le nanomètre qui est le milliardième de mètre :

     

    * La taille d'une goutte d'eau est d'environ 1mm. Le nombre de molécules (de 3 atomes) qu’elle contient est estimé à un trillard soit mille milliards de milliards, soit 10 puissance 21molécules.

    * La taille d'une molécule varie entre un micromètre (le millionième de mètre) et un nanomètre.

    * Un atome mesure en moyenne environ 1 Angström (0,1 nanomètre).

    * La taille d'un noyau est d'environ cent mille fois plus petite que celui de l'atome, il serait de l'ordre de 1 femtomètre soit 10 puissance -15 mètre. (1 fm = 0,000.001 nm)

    * La dimension d'un proton (noyau d’hydrogène) a été estimé à 0,88 femtomètre

    * La longueur d'onde des ondes radio est supérieure à 3O cm.

    * La longueur d'onde des micro-ondes varie de 30 cm à 3mm.

    * La longueur d'onde des infrarouges est comprise entre 3mm et 700 nanomètres.

    * La lumière visible situe ses longueurs d'onde entre 700 nm et 400 nanomètres.

    * La longueur d'onde des ultraviolets est comprise entre 400 et 10 nm.

    * Les rayons X rayonnent entre 10 nanomètres et 10 picomètres (0,01 nanomètres)

    * Les rayons gamma rayonnent à des longueur d'onde inférieures à 10 picomètres

     

    Il est évident que le projectile et la cible doivent être en rapport de dimension et dans une relation conforme au but recherché. Pour attraper une mouche il vaut mieux utiliser une tapette qu'un marteau. De même, pour se débarrasser d'une épine, il vaut mieux utiliser une aiguille qu'un tournevis. Un moustique ne vous fera pas le même genre de mal qu'un taureau qui vous charge, mais le mal peut être plus grave.

     

    42) Principe de fonctionnement des accélérateurs de particules

     

    Voici, dans ce chapitre un résumé de textes, extraits de Wikipedia, présentant plusieurs définitions nécessaires à la compréhension du principe de fonctionnement des accélérateurs :

    En physique des particules, les accélérateurs les plus puissants utilisés sont des collisionneurs. Après leur collision, les particules diffusées sont étudiées afin de sonder la structure interne des atomes ou des hadrons. La diffusion désigne l'interaction de deux particules en mouvement l'une par rapport à l'autre. Les possibilités d'interaction sont mesurées par la ''section efficace'' qui est une grandeur physique reliée à la probabilité d'interaction des particules pour une réaction donnée. La section efficace représentant une surface, l'unité de section efficace du Système international est le mètre carré. En pratique on utilise le ''barn'' ( b ) qui vaut : 10 puissance - 28 m2. L'intensité de la diffusion est fortement dépendante de l'énergie du projectile et de l'angle de la diffusion par rapport à celui de l'incidence. Les ondes de haute fréquence (donc faibles longueurs d’onde) sont mieux rayonnées que celles de basse fréquence.

     

    Pour examiner la structure intime des constituants du noyau atomique les accélérateurs doivent accélérer les particules au-delà de 1 GeV. Les lois de la mécanique quantique permettent de décrire les particules à la fois par leur trajectoire physique et par leur fonction d'onde. Ici encore, la physique des particules est bien obligée de traiter les particules comme des ondes. En effet, la diffusion dépend du rapport entre la longueur d'onde et la dimension des obstacles ou des irrégularités à la surface des obstacles réfléchissants. Si la longueur d'onde de la particule sonde est courte, la matière peut être examinée à une échelle extrêmement petite.

     

    La diffusion des ondes est le phénomène par lequel un rayonnement, comme celui de la lumière, des ondes radio ou du son, est dévié dans diverses directions par une interaction avec d'autres objets.

    La diffusion peut s'effectuer avec ou sans variation de fréquence de l'onde. On parle de diffusion inélastique dans le premier cas où il y a un échange d'énergie entre le rayonnement et le milieu. Dans le deuxième cas, la diffusion est dite élastique, cela signifie que le rayonnement (l'onde) ne pénètre pas ou n’interagit pas avec la cible.

     

    Une diffusion élastique (ou collision élastique) est une interaction, entre deux corps ou plus, au cours de laquelle les particules incidentes et la cible conservent leurs propriétés physiques et leur énergie intrinsèque. L'énergie cinétique totale est conservée mais les directions de propagation sont modifiées. Ce changement de direction, dû aux forces d'interaction, est ce qui constitue la diffusion. Cette diffusion élastique ressemble à celle provoquée par la collision des boules sur un billard.

    La définition de la diffusion élastique s'applique également au cas du rayonnement des ondes de type lumière et même sonore qui rencontrent des corpuscules de matière. La diffusion se fait sans variation d'énergie, autrement dit l'onde diffusée conserve la même longueur d'onde que l'onde incidente. C'est le cas d'un rayonnement de faible énergie (de longueur d'onde importante) qui ''rebondit'' sur une cible formée de particules de plus faible dimension. L'onde est déviée en conservant son énergie, il y a alors "diffusion totale" de l'énergie et le processus est dit "cohérent".

     

    Une diffusion est dite inélastique lorsque les particules cible et incidente ne conservent pas leurs propriétés physiques, ou changent d'état (excitation).

    Une diffusion ''profondément inélastique'' est une diffusion inélastique à haute énergie, avec un fort transfert d'impulsion.

     

     << En physique nucléaire, une collision inélastique est une collision dans laquelle une particule frappe un autre élément (particule ou noyau) en l'excitant ou en le transformant. La diffusion ''profondément inélastique'' est une méthode utilisée pour explorer la structure des particules subatomiques de façon similaire à celle qu'Ernest Rutherford utilisa pour explorer l’intérieur de l’atome. De telles expériences ont été effectuées sur des protons dans les années 1960 en se servant d'un faisceau d'électrons de haute énergie au Stanford Linear Accelerator (SLAC). Les expériences de diffusion profondément inélastique des électrons sur une cible de proton ont révélé que les charges dans les protons sont localisées dans des sous-particules, ce qui rappelle la diffusion de Rutherford qui montra que les charges dans un atome étaient concentrées dans le noyau. >>

     

    43) Mode d'emploi d'un détecteur de particules

     

    Ce chapitre est une compilation d'extraits du site du CERN qui porte ce même titre que vous pouvez trouver à l'adresse suivante : https://home.cern/fr/about/how-detector-works

    << La fonction d’un détecteur est d’enregistrer et de visualiser les explosions de particules résultant des collisions dans les accélérateurs. Les informations sur la vitesse, la masse et la charge d’une particule aident les physiciens à l’identifier. Le travail des physiciens pour identifier la particule qui a laissé une trace dans le détecteur s’apparente à celui du naturaliste qui étudie les traces laissées par des animaux dans la nature. Pour les empreintes d'animaux, la taille, la direction, la profondeur et la forme des traces, la longueur du pas et le motif général peuvent donner des indications sur le type d’animal passé par là. De la même manière, les particules laissent des signes révélateurs  à déchiffrer par les physiciens. >>

     

    << Un détecteur de particules moderne est composé de couches de sous-détecteurs, chacun étant spécialisé dans un type de particule ou une propriété. Il existe trois grands types de sous-détecteurs :

    * les trajectographes, révèlent la trajectoire d'une particule ;

    * les calorimètres, arrêtent une particule et en absorbent l'énergie, ce qui permet de mesurer celle-ci.

    * les identificateurs de particules, identifient le type de la particule à l'aide de techniques diverses.

     

    Pour permettre l’identification des particules produites lors de collisions, tout le détecteur doit être soumis à un champ magnétique. Une particule se déplace généralement en ligne droite, mais un champ magnétique courbe sa trajectoire. À partir de la courbure de la trajectoire, les physiciens peuvent calculer l’impulsion de la particule, ce qui les aide à l’identifier. Les particules à impulsion élevée se déplacent quasiment en ligne droite, alors que celles à impulsion plus faible décrivent de petites spirales. >>

     

    Les trajectographes, détecteurs de trace, révèlent la trajectoire des particules chargées électriquement de par leur parcours. Pour les obtenir, on amène les particules à traverser une substance qui visualise leur interaction avec les atomes du milieu en question.

    La plupart des trajectographes modernes ne rendent pas les traces de particules directement visibles. Ils produisent de faibles signaux électriques enregistrés comme des données informatiques. La configuration des traces décelées par le détecteur est ensuite reconstitué par ordinateur.

     

    Un calorimètre mesure l’énergie perdue par la ou les particules qui le traversent. Il est généralement conçu pour stopper totalement ou « absorber » la plupart des particules résultant d'un événement de collision, les forçant à déposer toute leur énergie à l’intérieur du détecteur. En général, les calorimètres sont constitués de couches d'un matériau de haute densité « passif » ou « absorbant » (du plomb par exemple) intercalées avec des couches d'un milieu « actif » tel que du verre au plomb solide ou de l'argon liquide. >>

     

    L’identification des particules est réalisée grâce à la détection du rayonnement émis par les particules chargées :

    * Le rayonnement Tchérenkov est une lumière émise en fonction de la vitesse de la particule. Si l’on connaît l’impulsion de la particule, on peut, à partir de cette vitesse, déterminer sa masse, et donc l’identifier.

    * Le rayonnement de transition est produit par une particule rapide chargée lorsqu'elle traverse la limite entre deux matériaux présentant des résistances électriques différentes. Ce phénomène est corrélé à l’énergie d’une particule et permet d’en distinguer les différents types.

    Pour montrer la difficulté de l'interprétation des traces et celle de l'identification des particules et des ondes produites par les collisions qui sont provoquées dans les accélérateurs, vous trouverez ci-après, au chapitre N°94, une magnifique photo de ces traces.

     

    5) LA DIFFICILE ANALYSE DES INTERACTIONS DE PARTICULES

     

    A la lecture du précédent chapitre, nous pouvons constater toute la difficulté d'interprétation des traces laissées dans les détecteurs par la collision et la diffusion des particules et des ondes. Comme il est indiqué par l'article du CERN, on peut rapprocher ce travail de celui des paléo-ichnologues.

    L'Ichnologie est la science des traces et des empreintes et la Paléontologie est la science qui s'intéresse à l'étude de l'activité vitale des organismes du passé, c'est-à-dire des animaux qui nous sont inconnus. << Les empreintes nous en disent long sur la posture et le mode de locomotion de leur auteur- c'est-à-dire la façon dont il se tenait debout, marchait, courait ou bien même nageait. Les paléontologues peuvent identifier le type d'animal à l'origine des empreintes en examinant la piste faite par cet animal. Il est possible de faire la distinction entre les principaux groupes d'animaux selon les formes de pied qui les caractérisent, mais il est difficile, sinon impossible, d'identifier de manière précise l'animal à l'origine d'une empreinte donnée. On peut calculer la vitesse d'un animal en étudiant la disposition et l'espacement de ses empreintes de pas. Le poids de l'animal fait que ses empreintes de pied restaient imprimées plus ou moins profondément. >>

    Texte extrait du site : http://www.virtualmuseum.ca/sgc-cms/expositions-exhibitions/fossiles-fossils/francais/sections/sites/ichnologie.html

     

    Curieusement mais avec sagacité, le CERN rapproche l'identification des particules de matière de celle des dinosaures. L'étude des traces observées rapproche en effet les techniques. Les empreintes permettent d'évaluer des données physiques essentielles, taille, masse, vitesse, etc. Mais concevoir à l'avance l'objet que l'on recherche influence grandement cette recherche. Ainsi les plus grosses espèces d'animaux anciens sont imaginées à partir de la connaissance des plus petites espèces actuellement existantes. On a, en plus, retrouvé des squelettes entier de ces gros animaux, ce qui facilite l'imagination et permet même une bonne connaissance de ces espèces.

     

    Tel n'est pas le cas de la matière microscopique et encore moins de la matière quantique que l'on ne devrait pas imaginer comme des ''boules'' de matière solide ou des ''grains'' d'énergie. C'est pourtant cette conception que certains physiciens théoriciens ont choisi de développer à l’extrême à partir des nombreuses traces lumineuses émanant des collisions internes produites dans les accélérateurs. Pour relier entre elles ces dites particules ils en sont arrivés à imaginer des particules virtuelles qui apparaissent et disparaissent à la demande. Cette dérive de conception ne peut que paralyser l’expérimentation réelle.

     

    Pourtant les physiciens ne manquent pas de faire observer la différence existant entre la physique macroscopique qui régit la matière à notre échelle et la physique à l'échelle nanométrique. L'écart est encore plus flagrant à l'échelle quantique. Nous avons rappelé précédemment la différence considérable de dimensions qui existe entre la taille d'une goutte d'eau et celle d'un proton. Ce n'est pas le même monde.

     

    A l'inverse, louons la sagacité remarquable de ces physiciens expérimentateurs qui sont parvenus à réaliser des microscopes atomiques permettant d'accéder au nanomètre (milliardième de mètre), dimension de 10 atomes.  Extraordinaire aussi, d'avoir imaginé le quantum de mouvement, l'électron, l'atome, les nucléons, et d'avoir relié et conforté tout cet ensemble. 

     

    Il se trouve que, pour la physique des ondes, faire cette liaison entre structure de la matière et énergie est aussi le rôle essentiel de l'électron. Voici donc la raison pour laquelle nous avons donné à celui-ci la place de particule élémentaire. C'est pour nous la seule particule de matière, avec son antiparticule le positron, qui constitue tous les autres corpuscules, et en particulier tous les nucléons. Pour comprendre notre conception de la matière et peut-être l'accepter, il faut prendre connaissance des 5 premiers chapitres de ce blog. Les hypothèses de base de cette physique des ondes ont été confrontées, dans la suite des 23 rubriques du blog, aux domaines de recherche les plus actuels, et leur ont apporté des explications plus simples. Plus simplistes ? A vous de voir.

     

    6) PLACE DES PARTICULES DANS LA PHYSIQUE DES ONDES

     

    Je suis obligé, pour ceux qui n'ont pas le temps d'étudier le blog ''essai d'une nouvelle physique'' d'en résumer, une fois encore, l'essentiel des bases. Cette physique est en fait loin d'être nouvelle, car elle ne fait que reprendre et développer les idées profondes de Louis de Broglie dont la théorie a été mise à l'écart par les tenants des particules lors des congrès de Copenhague en 1924 et 1927. Ces congrès Solvay et celui de 1930 ont vu la victoire définitive de la mécanique matricielle de Niels Bohr sur la physique ondulatoire de Schrödinger - de Broglie, ainsi que l'acceptation sans plus de discussion de la notion controversée mais encore actuelle de la ''dualité onde-particule''.

     

    Notre blog, depuis ses hypothèses de base jusque à l'étude du spin des particules, décrit un ensemble conceptuel qui est à la fois proche de celui de la physique des particules et différent car nous sortons de l’ambiguïté de cette dualité ''onde ou particule''.Pour nous, l'électron, seule particule élémentaire est réellement une onde, une onde double, longitudinale énergétique de type lumière, ''structurée'' par une onde transversale de type magnéto-gravitationnelle. C'est un vortex en mouvement, un disque au repos. L'onde transversale dite ''de structure'' tourne réellement, elle ''spin'', c'est elle qui tourne, qui ''matérialise'' l'onde énergétique, et qui la ''polarise'' en même temps.

     

    En effet, cette particule en mouvement tourne dans un sens ou dans l'autre. Suivant sa structure magnétique chirale c'est un électron ou un positron. L'anti-matière existe en même temps que la matière, au cœur de celle-ci. Ces particules sont formées conjointement dans le disque d’accrétion des étoiles en formation (voir le chapitre N°5 du blog). Les dites ''paires'' d'électron, de même que les particules composées neutres, sont formées d'électrons et de positrons qui sont en relation de spin, c'est-à-dire reliées par leurs ondes comme nous l'expliquerons en détail au chapitre suivant. Les nucléons, protons et neutrons, formant le noyau des atomes sont également des composés d'électrons et de positrons. Toute matière est ''faite d'ondes''. (Voir le site de Gabriel Lafrenière)

     

    Les ondes de type lumière et radio ne sont pas des ondes ''électromagnétiques'' car elles sont énergétiques mais non magnétiques. Cette dénomination devrait être seulement attribuée à l'électron-positron et aux particules ''structurées'' qui sont composés par les seules particules élémentaires que sont précisément l'électron et le positron.

     

    Ne peuvent circuler dans le ''sois-disant vide'' de l'espace que les ondes dont la fréquence est supérieure à 300 GHz (ce qui correspond à la longueur d'onde millimétrique en usage dans les radiotélescopes). Pour que ces ondes puissent exister, il est nécessaire que tout l'espace de l'univers soit composé d'une substance constitutive de ces ondes et dans laquelle celles-ci puisse circuler. Nous l'avons appelé (après J.J.Micalef) la ''substance de l'espace'' (S.E.). La composition physique de cette S.E. nous reste inconnue mais nous connaissons (outre la fréquence minimum de circulation des ondes indiquée précédemment) deux de ses propriétés importantes, la vitesse de circulation des ondes dans la S.E. (vitesse de la lumière) et le quantum de mouvement minimum, unité d'énergie à mettre en œuvre pour un déplacement dans cette substance. Ces propriétés de base de la S.E. sont aussi celles de l'électron qui font ce lien entre matière et énergie.

     

    7) L'ELECTRON A LA BASE DES UNITÉS DE LA PHYSIQUE

     

    Sous ce titre, je vais citer plusieurs paragraphes de notre blog, Post-scriptum N°1 intitulé ''Les constantes universelles. Les unités fondamentales''. Sa rédaction date de Juin 2014, il n'y a rien à changer :

    << L'électron qui nous intéresse à nouveau devrait être considéré comme l'élément ''fondamental'' de la physique théorique actuelle. Cette particule est en effet en relation étroite avec les constantes fondamentales de la matière calculées et vérifiées par les physiciens au cours de leurs travaux. Du fait que l'électron est une onde faite de la S.E., les constantes universelles dépendent en premier des caractéristiques de cette substance, à savoir (en ce qui concerne le mouvement) la célérité des ondes (vitesse de la lumière) et le quantum de mouvement minimum ( le soi- disant grain d'énergie, le photon).

     

    Puisque c'est le mouvement (l'énergie, la vie) qui est à la base de l'existence de la matière (faite d'ondes), les lois mécaniques de la transmission des ondes (de la matière à la matière) ont une importance primordiale. De même les lois et principes ''quantiques'' découverts (ou imaginés) qui règlent les relations des particules entre elles à l'intérieur de l'atome, (et à l’extérieur), sont à la base de la science physique dans tous les domaines d'études et à tous les niveaux (quantiques, microscopiques, macroscopiques, cosmiques). >>

     

    << La thèse exposée dans le blog possède un avantage considérable sur le ''modèle standard'' aujourd'hui en vogue, celui de rassembler dans l'électron les deux composantes de la matière, à savoir le mouvement (l'énergie cinétique) et la structure (l'énergie dite de masse). La simplicité de cette conception ( que la science officielle n'approuve pas), permet pourtant d'expliquer et de justifier les valeurs des constantes et unités dites naturelles et fondamentales qui ont été calculées par les pionniers de la physique quantique. Ces constantes concernent précisément la substance de l'espace (S.E.) et l’électron, il s'agit de la célérité de la lumière (c), de la constante de Planck (h), de la charge de l'électron (e) et de sa masse élémentaire (m). >>

     

    << Ce chapitre de notre post-scriptum espère montrer que, dans l'optique de notre thèse, ces constantes  et  unités  dites naturelles et leur combinaison avec les autres  unités  fondamentales ( Kilogramme, mètre, seconde, kelvin ), permettraient de relier entre elles les équations et les unités qui sont à la base de toutes les lois de la physique. C'est d'ailleurs dans cet optique que le Bureau International des Poids et Mesures, lors de sa 24 ème Conférence, en novembre 2011, a demandé aux physiciens de travailler, afin, je cite: « de faire progresser le Système international d'unités (SI), en repoussant les limites de la métrologie, de façon à ce que les unités de base du SI puissent être définies en s'appuyant sur les constantes de la nature, sur les constantes physiques fondamentales ou les propriétés des atomes » >>

     

    En effet ce sont bien ces facteurs de base que sont : (c), (h), (e), (m) qui permettent d'établir des lois universelles et de quantifier les phénomènes de l'ensemble de la physique. Évidemment, les unités de mesures sont différentes d'un domaine à l'autre de la physique, différentes aussi entre les échelles macroscopiques nanométriques et quantiques. Il convient à chacun d'utiliser des unités pratiques permettant de décrire au mieux les phénomènes spécifiques, mais ces unités doivent être reliées à des bases solides, comme le demande le (BIPM). Certains disent que les phénomènes quantiques sont spéciaux, voire inexplicables. Nous pensons au contraire que la physique quantique fournit ces facteurs de base et que, si l'on utilise les propriétés particulières des ondes, avec leurs propres unités (λ) et (ν), il est possible de mesurer très précisément nombre de phénomènes structurels et énergétiques.

     

    Si l'on rapproche la physique quantique de la physique des ondes et non de celle des particules, tous les phénomènes physiques deviennent plus clairs à toutes les échelles. Quelques équations fondamentales liant les ondes, l'énergie et la matière suffisent à les expliquer. Parmi elles les formules ci-dessous dues à Einstein, à Planck et de Broglie résument en elles toute cette physique .   


      Etude de la masse-énergie des particules atomiques                      Etude de la masse-énergie des particules atomiques                              Etude de la masse-énergie des particules atomiques                  Etude de la masse-énergie des particules atomiques       

    (λ) = longueur d'onde en mètre                                     (ν) =fréquence en Hertz

     

     8) LE PROBLÈME DE LA MASSE DES PARTICULES

     

    << L’équivalence de la masse et de l'énergie est donnée par la célèbre relation E=m c2. Poser cette équivalence fut un pas révolutionnaire, car les concepts de matière et d'énergie étaient distincts jusque-là, bien que certains scientifiques, comme Poincaré et Lorentz, eussent indépendamment tenté le rapprochement dans le domaine de l'électromagnétisme. De nos jours, il ne faut pas non plus surestimer cette équivalEtude de la masse-énergie des particules atomiquesence, car.....La masse est invariante par changement de référentiel (elle est la même dans tout référentiel). L'énergie au contraire dépend du référentiel choisi, c'est évident puisque la vitesse changeant, l'énergie cinétique change aussi. >> Wikipedia

     

    Il faut bien comprendre que la notion de masse est multiple, on peut même dire que c'est un concept abstrait. Masse pesante, quantité de matière, masse inerte, masse au repos, masse en mouvement masse grave, masse atomique, poids atomique, nombre de masse, masse nucléaire, masse molaire, toutes ces notions ont des significations différentes. Pour la physique des ondes, la notion de ''masse'' d'une particule composée représente une seule réalité, c'est une quantité, c'est un nombre de particule élémentaire (électron ou positron). Ainsi, pour nous, la ''masse'' d'un neutron (particule composée) est de 1836 électrons-positrons, comme nous le verrons plus loin. Plus exactement la masse du neutron est de 918 électrons reliés à 918 positrons par la force nucléaire forte. C'est un concept qui est la suite logique de celui de notre électron, onde double, particule élémentaire de base de la matière, conception qui tient compte de nos hypothèses complémentaires concernant les nucléons.

     

    Cette conception qui marie dans l'électron la masse inerte et la masse grave (gravitationnelle). n'est pas celle de la physique des particules pour laquelle ces deux notions dépendent de deux concepts physiques différents bien que, curieusement pour cette physique, aucune expérience n'a jamais pu mettre en évidence une quelconque différence entre ces deux masses. Les définitions traditionnelles de ces notions sont des extraits, entre guillemets, tirés des sites de Wikipedia.

     

     << La masse inerte (inertielle) d'un corps est la grandeur physique utilisée pour calculer la force nécessaire pour qu'un corps acquière une accélération, en fonction de celle-ci. C'est la quantification de la résistance du corps aux accélérations... Isaac Newton a défini la masse inerte comme une autre mesure de la quantité de matière, et a considéré que,  "pour imprimer une même accélération à une quantité de matière doublée, il fallait doubler la force". >>  

     

    L'énergie de l'onde, composante énergétique de l'électron, de même que le quantum de mouvement de Planck et toutes les énergies qui mettent en mouvement une masse dans la S.E. ressortent de la relation d'Einstein E=m c2, dans laquelle ''m'' est la masse inerte et ''c'' la vitesse de la lumière mise au carré, c'est-à-dire l'accélération de la masse. Il est évident que l'énergie d'une particule en mouvement dans la substance de l'espace S.E. est proportionnelle à sa masse (m) mais la relation d'Einstein montre que le facteur dont dépend l'énergie de cette particule est bien essentiellement l'accélération de sa vitesse (c2).

     

    A l’intérieur de l'atome, ce sont les électrons qui sont les absorbeurs d'énergie de type lumière et qui transmettent ou renvoie cette énergie par rayonnement en reprenant leur place (leur niveau d'énergie) dans leur atome. Cet échange d'énergie se fait par quanta et il peut être suivi et mesuré par la fréquence de ''l'onde énergie'' de l'électron en application des équations ci-dessus.

     

    Dans la substance de l'espace S.E., en plus des rayonnements de type lumière, circulent des rayons cosmiques qui sont des particules composées (d'électrons). << Le rayonnement cosmique est le flux de noyaux atomiques et de particules de haute énergie (c'est-à-dire relativistes) qui circulent dans le milieu interstellaire. La source de ce rayonnement se situe selon les cas dans le Soleil, à l'intérieur ou à l'extérieur de notre galaxie. Certaines astroparticules qui composent le rayonnement cosmique ont une énergie qui dépasse 1020 eV ce qui n'est expliquée par aucun processus physique identifié. Le rayonnement cosmique est principalement constitué de particules chargées: protons (88 %), noyaux d'hélium (9 %), antiprotons, électrons, positrons particules neutres (rayons gamma, neutrinos et neutrons). >> Wikipedia

     

     << La masse grave  est une propriété de la matière qui se manifeste par l'attraction universelle des corps, et au quotidien, par leur poids.... La masse grave (gravifique, gravitationnelle) d'un corps est définie par Isaac Newton comme une mesure de la quantité de matière de ce corps, c'est la grandeur physique intervenant dans le calcul de la force de gravitation créée ou subie par un corps : c'est ainsi qu'il l'a introduite dans la loi universelle de la gravitation, et qu'elle a été utilisée jusqu'à la relativité générale. La force de gravitation est donc proportionnelle à la quantité de matière. >>

     

    Deux corps ponctuels de masses respectives (mA) et (mB) s'attirent avec des forces qui ont la même valeur F(A/B) = F(B/A).Ces forces sont proportionnelles au produit des deux masses et inversement proportionnelle au carré de la distance (d) qui les sépare. La force ne se constate qu'attractive.

     

    Cette loi universelle de la gravitation s'exprime par la formule :

    F = ( G) x (mA) x (mB) / (d)2

    Les masse sont exprimées en kilogramme (kg), (d) en mètre (m), (F) en newton, (G) est la constante gravitationnelle qui vaut : G = 6,674 x10 puissance (-11) en newton.mètre carré / kilogramme carré

     

    Notre conception de l'onde de structure de l'électron (onde de masse) nous autorise à rapprocher cette loi de la gravitation de la loi de Coulomb qui concerne la magnétostatique. La formulation en est identique :

     

    Entre deux corps possédant des charges électriques respectives (qA) et (qB) qui sont séparés par une distance (d) s'exerce une force électrostatique (F) d'intensité proportionnelle au produit des deux charges et est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux charges. Chacune des deux charges exerce l'une sur l'autre une force de même intensité, selon le signe des charges elles s'attirent ou se repoussent.

     

    Cette loi de l'électrostatique s'exprime par la formule : F = (Kc) x (qA) x (qB) / (d)2

     

    Les charges s'expriment en coulombs (C), (d) en mètres, (F) en newtons, (Kc) est la constante de Coulomb qui vaut environ : Kc = 8,987 x 10 puissance 9 en newton.mètre carré / coulomb carré.

     

    Le rapprochement des deux formules montre bien l'analogie des deux phénomènes gravitationnel et électromagnétique, mise à part le fait que la gravitation ne nous apparaît pas répulsive. La différence est essentiellement celle du vocabulaire employé pour désigner la quantité de matière : masse grave ou charge. Nous savons que ces phénomènes sont ondulatoires, que l'onde de structure de l'électron est à la base de ces phénomènes. Nous en déduisons la possibilité d'écrire :

    Quantité de matière = masse grave = charge = nombre d'électrons

     

    Les physiciens sont obligés d'aller encore plus loin dans l'unification de la notion de masse car les expérimentateurs ont toujours trouvé une valeur équivalente pour la masse inertielle et la masse grave. Ils ont des difficultés à l'expliquer. En effet ces deux notions de masse sont de nature totalement différente et n’ont aucune raison, a priori, d’être identiques. Le ''principe d’équivalence'' ainsi baptisé par Einstein énonce qu’elles sont strictement proportionnelles. Je cite Wikipedia :

    https://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_d%27%C3%A9quivalence

     

     << Ce ''principe'' est un constat expérimental, jamais démenti et aux conséquences théoriques aussi bien que pratiques, élevé au rang de principe car inexpliqué (par un principe plus simple ou plus naturel). Le principe d'équivalence faible dit que la masse inertielle et la masse gravifique sont égales quel que soit le corps (en fait il s'agit de leur proportionnalité à la quantité de matière, mais de cela on déduit qu'avec un bon choix d'unités de mesure, on obtient leur égalité).... La conséquence de ce principe est que tous les corps soumis à un même champ de gravitation (et sans aucune autre influence extérieure, donc dans le vide) chutent simultanément quand ils sont lâchés en même temps, quelles que soient leurs compositions internes....On constate une proportionnalité stricte entre masse inerte et masse pesante, indépendamment de la nature du matériau. C'est cette équivalence des deux notions conceptuellement distincte et sans lien apparent qui a été érigée en principe d'équivalence car aucune expérience n'a jamais pu mettre en évidence une quelconque différence entre eux. >>

     

    Ces notions de masse sont la pierre d’achoppement de la physique des particules car celle-ci ne peut expliquer de manière simple ni la gravitation ni le magnétisme ni l'énergie qui existe dans la matière au repos (la force nucléaire dite interaction forte). Cette physique explique encore moins le ''principe d'équivalence'' d'Einstein. Les lecteurs qui veulent approfondir l'ensemble des problèmes posés par la relation entre masse et matière peuvent étudier les sites suivants de Wikipédia. Ils y trouveront une étude complète, et complexe, de l'ensemble de ces problèmes.

    https://fr.wikipedia.org/wiki/Masse#M%C3%A9canique_quantique

     

    J'y extrait cependant ce paragraphe qui exprime, pour la physique standard des particules, le ''caractère extraordinaire'' de ces faits d'expériences, notons que ces faits découlent normalement du caractère ondulatoire de l'électron de la physique des ondes.

     

    << On peut en effet imaginer deux corps de natures différentes, ayant même inertie et des pondéraux différents. Le pondéral (qui intervient dans la loi de la gravitation de Newton) est formellement l'analogue de la charge électrique (qui intervient dans la loi de Coulomb) : le pondéral est en quelque sorte une charge gravitationnelle de la matière. De même qu'une charge électrique est à l'origine d'un potentiel électrostatique, le pondéral est à l'origine d'un potentiel gravitationnel. Le fait de désigner ces deux manifestations sous le même terme de « masse » présuppose qu'il s'agit de la même grandeur physique, ce qui est effectivement la conception usuelle, mais obscurcit le caractère extraordinaire de cette proportionnalité. >>

     

    La réalité est contenue dans cette équation :

    Quantité de matière = masse inerte = masse grave = charge = nombre d'électrons

     

    9)  LES  NUCLÉONS  DANS  LA  PHYSIQUE  DES  ONDES

     

    Nous voulons maintenant développer la vision que porte la physique des ondes sur les nucléons qui forment le noyau d'un atome. Nous avons étudié précédemment la particule élémentaire (l'électron), les particules composées, leur mode de détection par collision et diffusion, les conditions de leur interaction dans l'atome et dans l'espace. Il nous faut maintenant pénétrer le proton et le neutron en imaginant leur composition, leur masse, leur structure, leur relation, en conformité avec nos hypothèses de base.

     

    91) Composition et structure des nucléons

     

    Pour la bonne compréhension de notre thèse, il nous est nécessaire de reprendre l'essentiel des hypothèses qui ont été exposées au début du blog de la physique des ondes, chapitre N°4 du paragraphe N°422 au N°424 ''le noyau de l'atome''. Les textes ci-dessous ont été publiés en décembre 2013.

     

    L'électron pourrait être la particule de base de la matière, formée dans le plasma des disques d'accrétion des étoiles en formation (voir le chapitre N°5). La "fabrique" d'électrons se ferait par paire ressemblant à deux "vortex". L'un tournant dans le sens horaire de son mouvement longitudinal (l'électron (-), l'autre dans le sens anti-horaire (le positron +) . L'origine de ce phénomène pourrait être l'action d'une onde lumière de choc (de fréquence très élevée), passant de la substance de l'espace (vitesse (c) ) à celle du plasma. Le résultat serait analogue à celui d'un bang supersonique et à celui d'une étrave de bateau. Les deux ondes ainsi créées (en forme de cônes) le sont "dans et de" la substance de l'espace, elles possèdent l'énergie des ondes lumière (diminuée par la résistance du plasma). Elles seraient soumises au très important champ magnétique du disque d'accrétion qui leur fournit une nouvelle énergie de rotation qu'elles conservent. Faisant partie de la substance de l'espace elles en possèdent les propriétés, à savoir la quantification de leurs deux énergies et la vitesse maximum (c).

     

    Ainsi pourraient naître, à l'intérieur des deux "ondes-mères", deux séries  de  particules élémentaires, électrons et positrons, possédant chacune (sous forme d'onde) le quantum d'énergie élémentaire fourni par l'onde lumière longitudinale, et "l'énergie élémentaire de masse m" donnée par l'onde magnétique tournante transversale. Celle-ci "rigidifie" la première et donne aux deux particules une nouvelle nature, celle de "particule élémentaire de matière".

     

    Imaginons maintenant comment les atomes et leurs nucléons ont pu se former à partir des deux particules élémentaires (+et-) nées comme nous l'avons vu. De leur deux "lignes de fabrication" conjointes sortent en chaîne, quantum par quantum, c'est à dire particule par particule, les électrons(-) et les positrons(+). Il serait possible de comparer ces "lignes" à des "brochettes" de particules dont les "cônes d'ondes lumière" sont orientés dans le même sens. Leurs ondes tournent dans le même sens pour une même lignes et en sens contraire entre les deux lignes. Dans ce dernier cas, ces lignes de particules sont très fortement reliées par leurs ondes. Elles se repoussent dans le premier.

     

    Il est bien présomptueux de vouloir décrire ce qui se passe exactement dans le berceau des étoiles naissantes, mais il est possible de penser que les lignes de "brochettes" de particules (+et-) précédentes resteraient jointes dans un même nucléon et que 918 positrons et 918 électrons soit une "masse" de 1836 "m" élémentaire formeraient ainsi un neutron. Mais le neutron est très instable seul. Par contre si un électron se détache du neutron, il se forme un ensemble de 918 positrons et 917 électrons soit une "masse" de 1835 "m" élémentaire, c'est un proton, auquel est relié un électron extérieur qui joue le rôle de stabilisateur. 

     

    Pourquoi une masse de 1835 "m" pour le proton ? Sans doute parce que, liée au (m) de son électron orbital, c'est la configuration nécessaire pour qu'un proton soit "stable". Il est probable que la masse de (1835+1)(m) soit la masse à la fois minimum et maximum pour la stabilité d'un nucléon.

     

    Ainsi se formerait l'atome d'hydrogène, (1 proton + 1 électron) celui qui est précisément le premier et principal élément des étoiles, c'est aussi son carburant puisque c'est la fusion de deux atomes d'hydrogène qui est à l'origine de la "nucléosynthèse". Instable seul, le neutron associé à un proton le stabilise et permet d'obtenir des atomes plus lourds et donc la gamme complète des 92 éléments chimiques stables.

     

    Le noyau de l'atome dont la dimension est de l'ordre du femtomètre est environ 100.000 fois plus petit que l'atome qui mesure environ 1 angström. Il est constitué de nucléons (un ou plusieurs protons, associés avec un ou plusieurs neutrons). Cette association entre un proton et un neutron se ferait par ligne de "brochette" (+-)(+-) (en ligne ou en carré). Dans chaque nucléon du noyau d'un atome, chacune de ces "brochettes" d'ondes stationnaires serait constituée par l'ensemble des 918 particules ayant la forme de disques empilés tournant dans le même sens. Au repos dans le noyau, l'énergie de l'onde lumière des particules (électron et positron) est minimum et leur forme est celle d'un disque d'onde et non plus d'un cône. Leur répulsion électrostatique est minimum et leur stabilité est maximum.

     

    C'est ainsi que la physique des ondes imagine la création permanente de toute la matière dans les étoiles en formation. Ce n'est pas la théorie standard telle qu'elle est enseignée. Celle-ci explique bien la formation de la matière par nucléosynthèse stellaire, mais pas pour l'hélium qui n'aurait pu se former que dans une nucléosynthèse dite primordiale lors d'un ''big-bang'' hypothétique, rendu de ce fait obligatoire.

     

    Pour mes lecteurs qui désirent aborder ''scientifiquement'' ces problèmes complexes, je recommande l'excellent site ''la radioactivité.com'' dont voici l'adresse : 

    http://www.laradioactivite.com/site/pages/mecanismedelaradioactivitebeta.htm

     

    On y trouvera une très bonne explication des différentes forces nucléaires, conforme aux normes en cours, et notamment des schémas expliquant le mode de transformation existant entre les deux sortes de nucléons (neutrons et protons). Ce dernier processus fait partie de l'interaction faible, à l'origine de la radioactivité bêta. C'est un domaine de recherche bien connu, et accessible, depuis la découverte des rayons X par Henri Becquerel et de la radioactivité par les époux Curie. Nous utiliserons ci-dessous la transformation réciproque neutron-proton lors de notre étude de la masse de ces particules.

     

    92) L'interaction forte et l'interaction faible.

     

    A la lecture des précédents paragraphes, on aura compris que les nucléons, après leur formation dans les étoiles, concentrent en eux pratiquement la totalité de la matière. L'énergie reste, pour notre terre, le propre des ondes de type lumière et de l'électron, c'est le domaine de l'électromagnétisme. Celui des nucléons concerne la structure de la matière et sa stabilité ainsi que son perpétuel retour à l'équilibre après les incessants échanges et transformations existant entre matière et énergie, (tout est fait d'ondes même la matière). Lors de l'étude des nucléons la physique traite de l'électrostatique, du minimum d'énergie de l'atome, du magnétisme et des phénomènes de radioactivité.

     

    Cependant la physique dite atomique étudie aussi le réveil des nucléons par fission ou fusion. Les ondes de structure des électrons composant les nucléons sont libérées par fracture explosive (m.c2)(fission), ou s’annihilent en libérant leur énergie interne (fusion). L'importance du nombre d'électron formant la ''masse'' du nucléon (1836 pour un neutron) libère une énergie considérable. Le danger de la fission en chaîne des neutrons vient de ce que cette énergie est difficilement contrôlable.

     

    Nous avons vu que la découverte de la radioactivité naturelle nous a fait connaître les variations de charge (de masse) des nucléons lors de la désintégration bêta (β). Celle-ci est due à l'une des forces qui règne dans la nature : l'interaction faible. Cette force s'explique par l'existence de particules lourdes et très instables. La recherche naturelle et permanente de la stabilité par la matière conduit le neutron surnuméraire dans le noyau à émettre un électron (-) et donc à se transformer en proton(+). Dans cette opération (radioactivité bêta-moins) apparaît, ce que la physique standard appelle une particule, dans ce cas c'est un (anti)neutrino.

     

    << Une autre transformation, beaucoup plus rare est la capture d'un électron par un proton pour devenir un neutron avec émission d'un neutrino. C'est la radioactivité bêta-plus. Ces deux modes de transformation des noyaux, dus aux forces faibles, modifient la composition en protons et neutrons d'un noyau, la charge électrique du noyau augmentant ou diminuant d'une unité. Cette variation de charge est compensée par l'émission d'un corpuscule chargé - un électron ou un positon - ou plus rarement par la capture d'un électron....Ces transformations sont accompagnées - autre signature caractéristique - de corpuscules qui échappent à l'observation, des neutrinos ou antineutrino, particules pratiquement indécelables. >> (laradioactivite.com)

     

    Pour la physique des ondes, les neutrinos et antineutrinos ne sont pas des particules, ce sont des ondes. L'antineutrino émis dans la transformation de neutron en proton (radioactivité bêta moins) est un résidu de faible énergie sous forme d'onde, en quelque sorte un ''bruit parasite'' de l'opération.

    Pour nous ces ''objets'' (neutrino et anti) n'ont pas de masse et ne sont pas des particules.

    La chasse au neutrino particule a pourtant été lancée à grand frais...

     

    93) Calcul de la masse des nucléons

     

    Posons la question de savoir comment et par qui la masse des nucléons a été calculée et d’où vient ce chiffre de 1836 ? C'est déjà de l'histoire ancienne puisque c'est Joseph John Thomson (1856-1940), découvreur de l'électron en 1897, qui a inventé le ''spectromètre de masse''. Cet instrument, mis au point par F.W.Aston, a permis progressivement la détermination des masses des molécules puis des atomes. Le spectromètre de masse est composé d'une source d'ionisation qui permet de vaporiser les molécules et de les ioniser. Les ions sont séparés en fonction de leur rapport masse/charge (m/z) dans un analyseur. Un détecteur permet ensuite de convertir les informations en signal électrique (le courant est proportionnel au nombre d'ions), enfin le signal obtenu est amplifié et traité pour qu'il soit analysable.

     

    C'est ensuite, en comparant la constitution des atomes, leur masse atomique et les rapports entre leur masse et leur charge, que les physiciens ont réussi, avec suffisamment de crédibilité, à déterminer les masses respectives des trois particules qui les constituent. Voici les résultats obtenus et considérés généralement comme les plus précis :

    Masse de l'électron Me = 9,1095.10-31 kg

    Masse du proton Mp = 1,6726.10-27 kg.

    Masse du neutron Mn = 1,6749.10-27 kg.

     

    Autrement dit, la masse du neutron est un peu inférieure au deux millièmes de milliardième de milliardième de milligramme. Ces chiffres exprimés en puissance négative de 10 ou même en milligramme ne sont pas très significatif pour nous, étant donné la différence d'échelle. C'est pourquoi, pour mieux exprimer les masses relatives de chacune des trois particules, les physiciens ont l'habitude de dire que la masse du neutron (Mn) vaut 1836 fois celle de l'électron (Me). L'étude de la radioactivité naturelle bêta-moins du chapitre précédent qui transforme le neutron en proton, nous a montré que la masse du proton (Mp) est de 1836 -1=1835 fois celle de l'électron. Ce dernier est dégagé du noyau et se place en orbite autour de lui dans l'atome, mais il reste relié à son proton avec lequel il demeure ''en résonance'' de structure (de spin).

     

     Un de mes lecteurs, Jean-François P. intéressé par le rapport des masses des trois particules, m'a fait remarquer que, si le chiffre de 1836 est exact, les masses respectives de chacune devrait être les suivantes :

    Masse électron 0 ,0009132×10(p−27) kg

    Masse proton 0 ,0009132×10(p−27) kg x 1835 électrons = 1 ,6757220×10(p−27) kg

    Masse neutron 0 ,0009132×10(p−27) kg x 1836 électrons = 1 ,6776635×10(p−27) kg

     

    94) Les quarks

     

    Jean-François P., m'a également fait observer que la physique des ondes semble ignorer les quarks qui sont officiellement considérés comme des particules élémentaires constitutives des nucléons (proton et neutrons). En effet, pour notre physique, les seule particules élémentaires étant l'électron et le positron, il est possible d'envisager de nombreuses sortes de particules composées de ces deux élémentaires, pourquoi pas des quarks formant les nucléons. L'étude de la masse-énergie des nucléons m'a obligé, au chapitre N°3 précédent, à esquisser dans la théorie (QCD) ''chromodynamique quantique'' l'existence et le rôle des quarks. Je cite à nouveau le site:

    https://www.astronomes.com/le-big-bang/matiere

     

    << Les progrès théoriques dans les années 1960 et l’amélioration des moyens de détection amenèrent les physiciens à la conclusion que protons et neutrons étaient en fait des systèmes complexes possédant une structure interne et constitués de particules plus élémentaires qu’ils baptisèrent les quarks.

    Dans des conditions ordinaires, les quarks n’existent pas à l’état isolé, on ne les trouve qu’associés en petits groupes appelés hadrons qui constituent les assemblages suivants:

    * Assemblage d'un quark et d'un anti-quark : ''les mésons'', qui sont des bosons.

    *Assemblage de trois quarks des trois couleurs différentes : ''les baryons'', qui sont des fermions

    Les quarks s'associent entre eux pour former des hadrons, particules composites, dont les protons et les neutrons sont des exemples connus, parmi d'autres. En raison d'une propriété dite de confinement, les quarks ne peuvent être isolés, et n'ont pas pu être observés directement ; tout ce que l'on sait des quarks provient donc indirectement de l'observation des hadrons. >>

     

    Le site http://www.laradioactivite.com/site/pages/Quarks_Gluons.htm nous explique ''Comment les quarks interagissent au sein des noyaux'' (d'après la physique des particules) :

    << Grâce à diverses expériences, les chercheurs ont découvert que la structure des protons et des neutrons cache en réalité un foisonnement de particules. Autour des trois quarks dits quarks de valence, naissent et disparaissent en permanence des gluons (particules virtuelles sans masses) ainsi qu'une ''mer'' de paires quark-antiquark (des mésons). Existent aussi des multiquarks, particules formées de plus d'une paire de quarks... Les gluons sont les vecteurs de l'interaction forte qui maintiennent les quarks ensemble pour former les hadrons. >>

     

    << Les ondes messagères de l'interaction forte sont appelées gluons.... Ces ondes restent confinées au sein de la matière nucléaire comme les quarks. Comme leur nom le suggère, leur rôle est de coller les quarks ensemble et de rendre compacts, protons, neutrons et noyaux....Les quarks échangent en permanence des gluons. Ces échanges de gluons intervertissent les couleurs des quarks. De ce fait un proton ou un neutron passe en permanence d'une configuration de couleur à une autre. Globalement, les nucléons et plus généralement les noyaux apparaissent neutres, sans couleur définie. >>

     

    Ces gluons, particules virtuelles, sont bien évidemment dépourvues de masse, c'est pourquoi la physique des particules qui confond masse et énergie, a des difficulté à expliquer l'énorme force forte qui ''colle'' ensemble les quarks.

     

    Voici une très belle image qui illustre un article de Raju Venugopalan intitulé ''Les gluons nous posent encore des colles'' et publié le 19/08/2015 sur le site suivant :

    https://www.pourlascience.fr/sd/physique-particules/les-gluons-la-colle-des-particules-elementaires-8639.php

    Etude de la masse-énergie des particules atomiques

    Raju Venugopalan dirige le groupe de théorie nucléaire au Laboratoire américain de Brookhaven. Il résume son article ainsi:

    << En liant les quarks, les gluons assurent la cohésion du proton ou du neutron, ainsi que celle des noyaux atomiques. Par quels mécanismes ? Les physiciens n'ont pas encore toutes les réponses.

    - Les particules du noyau atomique et d'autres sont composées de quarks, liés entre eux par des gluons.

    - Les physiciens cherchent à comprendre les propriétés du proton et du neutron, telles que leur masse ou leur spin, à partir de celles des quarks et des gluons.

    - Malgré de nombreux progrès, des énigmes demeurent.

    - Grâce à des expériences futures, les physiciens comprendront mieux les assemblages de quarks et de gluons, voire découvriront de nouveaux états de la matière. >>

     

     Pour la physique des ondes ces ''particules colles'' n'existent pas. Ce qui colle quarks et antiquarks, brochettes d'électrons et de positrons, protons et neutrons, ce sont les ondes de structure des électrons-positrons, particules élémentaires qui constituent toutes les autres particules. Toutes ces autres particules ne sont que des brochettes ou des morceau de brochettes d'électrons ou de positron. Rappelons que ces brochettes sont faites de disques de positrons (+) ou d'électrons (-) au repos énergétique mais qui conservent leur spin, c'est-à-dire leur onde de structure, celle qui les maintient (ou pas) en brochette entière, mais surtout, celle qui les réunie très fortement entre particule de signe différent. Cette force d'union augmente avec la distance qui les sépare, jusqu'à la rupture de cette ''glu''.

     

    Ainsi il n'est pas possible d'isoler un quark ou un antiquark. Ils existent obligatoirement par paire dans les mésons qui sont des bosons et par trois dans les protons et neutrons qui sont des fermions. On ne peut donc pas parler de masse d'un quark ou d'un antiquark qui ne sont finalement pas des particules indépendantes. Rappelons que lorsque nous parlons de ''masse'' il ne s'agit pas d'énergie. La glu n'est ni une particule ni une masse. La masse du neutron (Mn) vaut 1836 masses (m) d'électron. Cette masse correspond, d'après nos hypothèses, à l'existence conjointe d'une brochette de 918 électrons (e-) et d'une brochette de 918 positron (e+). Puisque le neutron est formé de 3 quarks et de 3 antiquarks, la masse d'un quark équivaudrait à 306 (m), de même pour l'antiquark. La masse d'un méson qui lui, est une particule (paire quark-antiquark), vaut 612 (m).

     

    Jean-François P. m'a fait très justement remarquer que le chiffres de 918 est très intéressant car il est divisible par 2, 3, 6, 9, 17, 18, 27, 34, etc. Ceci montre que le neutron dans lequel existent 3 paires de quarks-antiquarks (mésons), pourrait exister en beaucoup plus de paires. Ces particules pourraient correspondre à ce qui a été défini comme les mésons pi ou pions, particules chargées ou non qui existent, semble-il, à l’intérieur des nucléons puisque on les trouve comme produit de désintégration. En fait ces particules, de même que les électrons lourds (muons et taus) ont été découverts dans les rayons cosmiques. On en saura plus lorsque seront analysés les renseignements fournis par la sonde ''Voyager 2'' qui à ce jour est proche d'atteindre l'héliopause, la frontière extérieure du Système solaire.

     

    Dans ce chapitre des quarks, je n'ai parlé que des neutrons. Pour notre physique des ondes, le dispositif interne au proton est identique à celui que nous venons d'exposer pour les neutrons en tenant compte de la différence de l'un de ses trois quarks. Le proton en effet est composé de 2 quarks (u) et d'un quark (d). Ce dernier est constitué d'une brochette de 306 positrons et d'une brochette de 305 électrons. Le positron surnuméraire du quark (d) est en relation permanente de résonance de spin avec l'électron qui lui correspond et qui est isolé dans l'atome. Lorsque cet électron est excité par un rayonnement extérieur, il monte de niveau, la fréquence de son onde énergétique augmente, celle de son onde de structure également dans un rapport gyromagnétique (facteur de Landé). Le positron du quark (d) du proton avec lequel il est en rapport de résonance est lui aussi mis en état d'excitation. Il en est de même du proton, du nucléon et donc du noyau atomique, chacun à son niveau structurel.

     

    10) CONCLUSION

     

    Chaque fois que j’écris ''conclusion'' à la fin d'une rubrique, je pense que ce sera la dernière. Mais le petit électron qui va se trouver provisoirement en repos dans les atomes de mes neurones, après quelques jours de répit, va sûrement s'agiter à nouveau. Il réveillera la ''masse'' des correspondants de son proton, leur indiquera un nouveau sujet d'étude choisi, si possible, parmi les bourbiers délaissés par la théorie standard de la physique des particules. Et me voici reparti vers de nouvelles recherches sur internet, pour tenter de comprendre et, avec l'aide de mon petit guide, d’interpréter plus simplement la difficile réalité. J'ignore quel sera le prochain terrain qu'il me faudra labourer.