La ''Grande Unification'' des forces fondamentales

 

 

PHYSIQUE DES ONDES

 

ESSAI D'UNE NOUVELLE PHYSIQUE

 

RUBRIQUE N° 25 La ''grande unification'' des forces fondamentales

 

Par Paul Bouchard Le 22/03/2019

 

 

1) INTRODUCTION

Nos dernières rubriques, mais spécialement les N°23 et 24, nous ont contraint à pénétrer les arcanes de la ''mécanique'' quantique et de la théorie quantique des champs. Nous avons constaté les multiples difficultés que la physique standard des particules rencontre, pour marier les ondes et les particules, pour expliquer la liaison l'attraction et la répulsion des particules, pour matérialiser la notion de champs, pour faire surgir l'énergie du vide, pour confronter le réel avec le virtuel et le possible, pour relier les phénomènes entre les différentes échelles de la physique (quantique, micro, nano, macro, cosmo).

 

Plus on pénètre dans la profondeur de ces théories, plus les complications apparaissent, plus les explications deviennent confuses, jusqu'à rencontrer des hypothèses invérifiables que l'on doit accepter sans discuter puisque ''c'est quantique''.

 

Nous avons, dans ces deux dernières rubriques, fourni une représentation du noyau atomique plus détaillée que les précédentes. Nous en avons précisé la conception originale exposée dans le chapitre N°4 ''La matière, l'atome l'électron'' au début de notre blog. Après lecture de ces rubriques, même si la configuration proposée pour le noyau atomique n'a pas réussi à vous convaincre, je voudrais vous amener à constater l'adéquation des thèses de la physique des ondes, en particulier celles qui concernent l'électron, avec ce que des physiciens appellent ''la théorie du tout''. Dans cette rubrique N°25, après avoir exposé l'état actuel de la science telle qu'elle est conçues par les physiciens des particules, nous espérons montrer que les thèses de la physique des ondes permettent, en unifiant les bases scientifiques autour de l'électron, d'accéder à cette théorie du tout.

 

2) DÉFINITIONS

(Comme nous en avons pris l'habitude, nous utilisons ci-dessous différents textes de Wikipédia. Merci à cette encyclopédie.)

 

<< Le nom de ''théorie du tout'' désigne une théorie physique susceptible de décrire de manière cohérente et unifiée l'ensemble des interactions fondamentales....Quatre interactions élémentaires sont responsables de tous les phénomènes physiques observés dans l'Univers, chacune se manifestant par une force dite force fondamentale. Ce sont :

* l'interaction gravitationnelle, la gravitation

* l'interaction électromagnétique, l’électromagnétisme

* l'interaction nucléaire faible, la désintégration radioactive

* l'interaction nucléaire forte, l'énergie nucléaire. >>

 

Les quatre chapitres suivants de cette rubrique sont consacrés à l'étude de ces dites ''interactions''. Il faut bien comprendre la signification de ce terme qui est différente de celle de ''force''. En effet le terme d'interaction entre particules ou ondes concerne un phénomène physique dans son ensemble qui peut être étudié et interprété sous plusieurs aspects. La notion de force (attraction et répulsion) est une des façons d'interpréter les interactions entre deux systèmes. La notion d'énergie absorbée ou dégagé par cette interaction en est une autre.

 

<< Le modèle standard de la physique des particules qui décrit les interactions forte, faible et électromagnétique dans le cadre de la théorie quantique des champs n'a pas encore pu trouver une description de la gravitation qui soit compatible avec cette théorie. L'unification théorique recherchée pour ces quatre forces fondamentales qui régirait ainsi l'ensemble de la physique porterait le nom de ''Superforce''. Celle-ci, selon la physique standard, devrait unifier toutes les particules connues (plus d'autres inconnues) en faisant appel à deux autres super-théories : la supersymétrie et les supercordes >>

Dans un dernier chapitre, nous tenterons une brève approche de ces théories complexes.

 

3) LA GRAVITATION       (Les textes entre guillemets sont ceux de Wikipédia)

 

<< La gravitation, est l'interaction physique responsable de l'attraction des corps massifs. Elle se manifeste notamment par l'attraction terrestre qui nous retient au sol, la gravité... D'une manière plus générale, la structure à grande échelle de l'Univers est déterminée par la gravitation. >>

La gravitation est, depuis toujours, l'objet de recherches théoriques, d'expérimentations terrestres et de mesures, (Galilée), d'établissement de lois (Newton), et d'observations en cosmologie (découverte de la matière noire).

<< La loi de la gravitation de Newton, élaborée à la fin du 15ème siècle, demeure une excellente approximation dans les cas non relativistes (vitesses faibles par rapport à celle de la lumière et masses de l'ordre de la masse solaire). >>

L'extraordinaire guidage des sondes Rosetta, Cassini et autres est une preuve de la maîtrise des lois établies par Newton et de l'excellence de leur application.

 

<< À l’échelle microscopique, la gravitation est la plus faible des quatre interactions fondamentales de la physique ; elle devient dominante au fur et à mesure que l’échelle de grandeur augmente. Avec la force électromagnétique, elle est l'une des forces à agir au-delà de la dimension du noyau atomique. De plus, comme elle est toujours attractive, elle domine sur les forces électromagnétiques qui l'emportent à plus courte portée, étant tantôt attractives, tantôt répulsives. >>

 

Le rapprochement théorique des forces de gravitation et électromagnétiques avec les phénomènes quantiques au niveau atomique a été l'objet de nombreuses études au début du 20ème siècle. Ce problème reste encore entier au début du 21ème siècle. Il en est de même du rapprochement entre la physique quantique et la relativité générale d'Einstein. Une théorie plus complète de la gravitation devrait être capable de prendre en compte les effets de nature quantique. Cette théorie est appelée ''gravitation quantique''.

 

<< La gravité quantique est une branche de la physique théorique tentant d'unifier la mécanique quantique et la relativité générale. Une telle théorie permettrait notamment de comprendre les phénomènes impliquant de grandes quantités de matière ou d'énergie sur de petites dimensions spatiales, tels que les trous noirs ou l'origine de l'univers. L'approche générale utilisée pour obtenir une théorie de la gravité quantique est, présumant que la théorie sous-jacente doit être simple et élégante, d'examiner les symétries et indices permettant de combiner mécanique quantique et relativité générale en une théorie globale unifiée. >>

 

Je ne puis pénétrer ici dans le labyrinthe de la théorie quantique de la gravitation, en développer les arcanes et toutes les diverses théories. Je vous recommande le site suivant de Wikipédia :     https://fr.wikipedia.org/wiki/Gravitation  qui vous présente l'ensemble du sujet et vous oriente sur les théories suivantes :  Théorie M, Supergravité, géométrie non commutative, gravitation quantique à boucles.

 

Cependant je dois dire que la compréhension de la nature réelle (des causes) de la gravitation reste un mystère pour la physique des particules. Albert Einstein en a donné ''une représentation'' avec son ''espace-temps'' et sa ''courbure de l'espace''. Voir l'image ci-dessous dont l'origine est :

LMB, CC BY-SA 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1761739

 

<< Depuis la relativité générale, la gravitation n'est plus perçue comme une force d'attraction, mais plutôt comme une manifestation de la déformation de la géométrie de l'espace-temps sous l'influence des objets qui l'occupent. >>

 

<< Les principes de la relativité restreinte amènent à postuler que l'interaction gravitationnelle se propage (au plus) à la vitesse de la lumière, ce qu'avait déjà remarqué Henri Poincaré en 1905 en parlant d'une « onde gravifique ». Albert Einstein prédit plus précisément l'existence d'ondes gravitationnelles en 1916, en se fondant sur sa théorie de la relativité générale. >>

 

 << Une onde gravitationnelle, appelée parfois onde de gravitation, est une oscillation de la courbure de l'espace-temps qui se propage à grande distance de son point de formation. De même que les ondes électromagnétiques sont produites par les particules chargées accélérées, les ondes gravitationnelles seraient produites par des masses accélérées et se propageraient à la vitesse de la lumière dans le vide. >>

 

<< Cependant, la réalité des ondes gravitationnelles a été longuement débattue. Einstein lui-même changea plusieurs fois d'avis à ce sujet, la question étant de savoir si ces ondes avaient effectivement une existence physique ou bien constituaient un artefact mathématique résultant d’un choix du système de coordonnées. Pour statuer, et disposer à cette occasion d’un nouveau test de la relativité générale, seule la recherche expérimentale pouvait lever le doute. Les efforts dans ce sens furent engagés à partir des années 1960, avec la réalisation des premiers détecteurs par Joseph Weber... Depuis 2016, l’existence des ondes gravitationnelles est confirmée, grâce à une première observation faite le 14 septembre 2015. Cette observation ouvre un champ nouveau d’observation de l’univers à grande échelle, d'autant que les ondes gravitationnelles ne sont pas arrêtées par la matière. >>

 

Pour la physique des ondes, ces ondes gravitationnelles sont de même nature que les ondes de structure de l'électron. Pour comprendre ceci, il vous est nécessaire de relire les chapitres de base de notre blog et particulièrement de réétudier notre conception de l'électron, particule élémentaire à la base de toute matière. L'électron est constituée par une onde de type lumière matérialisée par une onde transversale dite ''onde de structure''. Ces deux ondes forment la même onde qui tourne comme un vortex. Au repos c'est un disque qui tourne (spin).

 

Il vous est nécessaire également de prendre connaissance des propriétés de la ''substance de l'espace'' car celle-ci constitue une réalité indispensable pour conduire les ondes. En ce qui concerne la gravitation, cette substance est à rapprocher de l'espace-temps d'Einstein. Pour nous, l'espace et le temps sont des abstractions car il n'existe dans la réalité que des dimensions d'espace et des intervalles de temps. L'espace-temps n'est donc qu'une représentation intellectuelle d'un phénomène physique.

 

Il existe cependant une différence entre les ondes gravitationnelles d'Einstein et nos ondes de structure. En effet, les premières sont des ondes énergétiques de type lumière, qui sont produite par ''des particules chargées accélérées'', alors que nos ondes de structure ne sont pas des ondes énergétiques de type lumière mais des ondes transversales de structure, de type magnétique et gravitationnel dont l'origine profonde et fondamentale est le spin de l'électron. Nos ondes gravitationnelles existent donc dans la substance de l'espace, entre éléments ou corps de matière reliés dans un même référentiel, même lorsque ces éléments sont en l'état de repos ou en état d'équilibre dans leur référentiel.

 

Ainsi, ce sont les ondes de structure de la physique des ondes qui donnent à l'électron sa nature matérielle, qui structurent chaque élément de matière (particule, corpuscule ou corps), depuis l'électron jusqu'aux galaxies, qui constituent le champ magnétique de l'interaction électromagnétique, ''la glu'' de l'interaction nucléaire forte et qui sont à l'origine de l'énergie ''de masse'' des nucléons des noyaux atomiques. Ce sont ces ondes que nous appelons aussi ''ondes gravitationnelles'', qui sont la véritable explication de la courbure de l'espace temps d'Einstein et de la permanence de la gravitation universelle.

 

Cette même onde de structure qui est ''gravitationnelle'' au niveau des corps de matière va devenir ''magnétique'' à l'échelle des atomes. Vous allez donc vous confronter ci-dessous à ce même concept de la physique des ondes en abordant l'interaction électromagnétique.

En effet la physique standard des particules n'accepte pas la réalité de la notion de champ magnétique. Pour cette physique, le champ magnétique n'est qu'une grandeur (propriété mesurable ou calculable) ayant le caractère d'un champ vectoriel (une fonction qui associe un vecteur à chaque point d'un espace euclidien), caractérisé par la donnée d'une norme, d’une direction et d’un sens définis en tout point de l'espace, et permettant de modéliser et quantifier les effets magnétiques du courant électrique ou des matériaux magnétiques comme les aimants permanents.

 

Au contraire, l'étude de l'électromagnétisme faite ci-dessous dans l'optique de la physique des ondes va nous permettre, en donnant une réalité à ce champ magnétique, de simplifier grandement la compréhension des phénomènes électromagnétiques et d'approcher la ''grande unification''.

 

4) ÉLECTROMAGNÉTISME

 (les paragraphes entre guillemets ci-dessous sont des compilations de textes issus de Wikipédia. J'ai mis en caractères gras les mots que je veux mettre en valeur)

 

41) Définitions

 

<< L'électromagnétisme est la branche de la physique qui étudie les interactions entre particules chargées électriquement, qu'elles soient au repos ou en mouvement, et plus généralement les effets de l'électricité, en utilisant la notion de champ électromagnétique. La force de Lorentz, ou force électromagnétique, est la force subie par une particule chargée dans un champ électromagnétique. Principale manifestation de l'interaction électromagnétique, la force de Lorentz, induit l'ensemble des interactions électriques et magnétiques observées en physique et chimie. >>

 

<< La charge électrique est une propriété fondamentale des particules élémentaires de matière soumises à l'interaction électromagnétique. La matière électriquement chargée produit les champs électromagnétiques. Elle est en même temps influencée par eux. >>

 

<< La charge électrique, qu'elle soit en repos ou en mouvement, joue pour l'interaction électromagnétique le même rôle que la masse pour l'interaction gravitationnelle. Toute charge est une grandeur scalaire qui représente un multiple entier de la charge élémentaire, notée (e) qui vaut (e) = 1,609.10-19 Coulomb. Celle-ci correspond à la valeur absolue de la charge de l'électron. En effet l'expérience faite par Millikan en 1909 a montré que la charge électrique est quantifiée. L'unité usuelle de mesure de la charge est le coulomb (C). Toutefois, en raison de la petitesse de cette valeur, il est souvent possible, dans le domaine macroscopique, de considérer la charge comme une quantité continue. >>

 

La charge d'un corps de matière correspond à la quantité d'énergie potentielle qu'il contient en rapport à celle de son référentiel. << Toutefois, contrairement à la masse il existe deux types de charges électriques, que l'on distingue par leurs signes, positif ou négatif. Des charges de même signe se repoussent, tandis que celle de signes opposés s'attirent. Dans la matière ordinaire, il y a équilibre entre les charges positives et négatives, on parle de neutralité électrique. >>

 

<< Un champ électromagnétique est la représentation dans l'espace de la force électromagnétique qu'exercent des particules chargées. Le champ électromagnétique est en effet la composition de deux champs vectoriels que l'on peut mesurer indépendamment. Ces deux composantes électrique et magnétique sont couplées, si bien que toute variation de l'une induit une variation de l'autre. Ces deux entités sont indissociables. >> Pour nous, cela correspond à notre conception de l'électron dont la charge élémentaire est (e), constitué par une onde double, énergétique et de structure.

 

La réalité de la composante magnétique, c'est-à dire l'existence d'ondes magnétiques, a toujours fait peur aux scientifiques, c'est ce qui explique qu'ils ont choisi le terme imprécis de ''champ'' qui semble plus neutre. Par contre le terme de champ ne devrait pas être donné à la composante électrique. La physique standard la baptise pourtant ''champ électrique''. Voici, par des extraits de Wikipédia la difficile explication de sa définition :

 

<< En physique, le champ électrique est le champ vectoriel créé par des particules électriquement chargées. Plus précisément, en présence d'une particule chargée, les propriétés locales de l'espace sont modifiées, ce que traduit justement la notion de champ. Si une autre charge se trouve dans ce champ, elle subira l'action de la force électrique exercée à distance par la particule: le champ électrique est en quelque sorte le "médiateur" de cette action à distance. >>

 

<< Le champ électrique peut ainsi être défini comme le champ traduisant l'action à distance subie par une charge électrique fixe dans un référentiel donné de la part de toutes les autres charges, que celles-ci soient fixes ou mobiles. Il peut encore être défini comme ''toute région de l'espace dans laquelle une charge est soumise à une force de Coulomb''....Le champ électrique présente en réalité un caractère relatif, et n'existe pas indépendamment du champ magnétique... La notion de champ électrique, bien que naturelle aujourd'hui, est en réalité assez subtile et est étroitement liée à la notion de localité en physique. >>

 

D'après la physique des ondes, seul le champ magnétique est une réalité, il est constitué par une véritable onde de structure qui entoure la particule chargée ou le corps de matière. C'est cette onde qui ''modifie les propriétés locales de l'espace'' et qui est responsable des phénomènes magnéto-gravitationnels. Par contre, le ''champ dit électrique'' reste une abstraction, il est seulement une représentation de l'énergie potentielle des particules chargées au repos, ou des corps en équilibre.

 

Cette énergie potentielle qui existe dans un référentiel au repos ou en équilibre, se manifeste sous la forme de force électromagnétique dans les deux cas suivants : soit lorsque les particules chargées (électrons) sont mises en mouvement, soit lors de variation du champ magnétique. En fait les deux cas sont liés car l'un entraîne l'autre. En effet le mouvement des charges crée lui-même un champ magnétique et la variation du champ magnétique met les charges en mouvement. Une énergie apparaît alors sous diverses formes : forces électromagnétiques de Lorentz, de Laplace, force électromotrice liée au phénomène d'induction.

 

Le lien est si étroit entre les particules chargées et leur champ magnétique qu'il est difficile d'étudier séparément les différents cas de figure. La nature de l'électron tel que la présente la physique des ondes, en est la parfaite illustration et la cause de ce lien. Pour l'étude de l'électromagnétisme que nous allons faire ci-dessous, nous choisissons d'examiner en premier le cas des particules chargées en position de repos, ensuite le cas de ces particules chargées soumises à un champ magnétique fixe et permanent, enfin le cas le plus général des charges en mouvement dans un référentiel où existe un champ magnétique variable.

 

42) Charges au repos ou corps de matière en équilibre. Électrostatique

 

L'électrostatique est la branche de la physique qui étudie les phénomènes créés par des charges électriques statiques. La loi énoncée en 1785 par C.A.Coulomb est à la base de l'électrostatique, elle exprime la force de l'interaction électrique existant entre deux particules chargées électriquement. Elle peut s'énoncer ainsi :

« L'intensité de la force électrostatique entre deux particules chargées est proportionnelle au produit des deux charges et inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux charges. »

 

On constate que la loi de Coulomb est très proche de celle qui régit les forces gravitationnelles. Cependant les forces électrostatiques ont peu d'effet à grande échelle, tandis que la gravitation explique le mouvement des astres. Rappelons que, pour la physique des ondes, les notions abstraites de charge et de masse ont la même signification, celle de ''multiple entier de la particule élémentaire, l'électron''. Les notions de distance et de masse des corpuscules et des corps font toute la différence entre les échelles quantiques et cosmiques.

 

<< Cependant, bien qu'elles semblent, à notre échelle, relativement faibles, les forces d'origine électrostatique sont extraordinairement puissantes. Entre des charges électriques élémentaires (principalement les protons et les électrons), elles sont supérieures de 40 ordres de grandeur à la force de gravitation. Si elles nous semblent si faibles, c'est justement parce qu'à cause même de l'intensité de ces forces, les charges positives et négatives sont forcées d'être quasi exactement à l'équilibre et que les forces d'attraction et de répulsion s'annulent à l'échelle macroscopique. >>

 

<< En réalité, pour comprendre leur force réelle, il faut réaliser que ce sont elles qui font que des objets solides ne s'interpénètrent pas et qui font la cohésion des matériaux les plus durs. Si on réussissait à éliminer, ne serait-ce que la dernière couche d'électrons des atomes, la matière se désintégrerait rien que par les forces de répulsion qui apparaîtraient entre les noyaux. >>

 

La physique des ondes fait observer que, comme pour la gravitation des astres, c'est l'onde de structure de l'électron qui est à l'origine des phénomènes électrostatiques qui régissent les relations physiques et chimiques entre les atomes. Entre la gravitation et l'électrostatique les échelles de dimension (distance, masse-charge) sont évidemment complètement différentes. Le mode de calcul des énergies en jeu ne peut être comparé.

 

Pour la gravitation (attraction) il faut prendre en compte les très grandes distances des corps en jeu ainsi que la globalité énorme de la masse de leurs atomes (contenue dans les noyaux), alors que pour l'électrostatique les distances et les masses des particules chargées en relation sont extrêmement petites, même si les forces en jeu sont grandes à cette échelle. Dans ce dernier cas ce sont seulement les électrons situés à la périphérie des atomes (orbitale de valence) qui effectuent le travail de liaison (attraction et répulsion).

 

Ce travail de liaison (ou de répulsion) est extrêmement important en physique et chimie des matériaux car il assure entièrement le rôle des électrons dans et hors de l'atome. La combinaison des éléments chimiques, leurs propriétés physiques, sont conditionnées par celles des électrons des atomes en présence dans ces éléments. Nous avons maintes fois décrit le rôle des électrons dans leur atome, l'importance de leurs ondes énergétiques, de la mise en résonance de leurs fréquences, du rôle de l'échelle quantique de leurs harmoniques, du sens négatif et positif de leurs spins (électron ou positron), de la constitution de paires, des relations dites ''électromagnétiques'' entre atomes.

 

On ne peut pas vraiment dire que les particules chargées sont ''en repos'' dans leur atome mais les corps de matière constitués par ces atomes tendent vers l'équilibre tant qu'ils ne sont pas ''dérangés'' par un champ magnétique extérieur fixe ou variable. Avant d'examiner le cas des charges réellement mobiles (électrons libres), parlons des champs magnétiques fixes.

 

43) Champ magnétique permanent. Magnétostatique

 

Dans le paragraphe précédent consacré au cas de particules chargées en repos énergétique, nous avons pu constater que l'action de la force structurant les matériaux était due à la composante magnétique des électrons. En étudiant l'action ''électrostatique'' de cette composante magnétique, nous avons vu que ses effets peuvent être rapprochés des phénomènes de la gravitation.

 

Notre conception de l'électron et de l'onde de structure rend plus simple l'explication de la nature du champ magnétique. En effet, à chaque niveau de structure de la matière correspond une onde de structure qui englobe les ondes de structure de niveau inférieur, comme le font les poupées russes. Par contre la charge d'énergie reste le propre de chaque élément de matière existant dans les différents référentiels superposés.

 

Pour faire comprendre cela, je prends le cas d'une voiture. Chaque passager a sa propre structure et sa propre énergie mais la voiture en mouvement possède une structure réunissant celle de tous ses passagers, celle de sa carrosserie et celle de son moteur. En cas de collision, l'énergie cinétique fournie par le moteur qui a donné sa vitesse à l'ensemble, peut être très importante, mais le poids des passagers et celui du moteur ont également une grosse importance énergétique (énergie dite de masse, fonction de l'importance de la structure).

 

Si les passagers sont bien attachés, c'est la déformation des tôles de la carrosserie qui va absorber l'essentiel de l'énergie cinétique libérée par le choc. Le rôle des ondes de structures n'est donc pas directement énergétique, ce sont essentiellement des ondes relationnelles. Pour les corps célestes en liaison gravitationnelle ces ondes réalisent leur attraction ou leur répulsion suivant le sens de leur rotation dans le champ magnétique de leur référentiel, pour les particules suivant leur spin réciproque.

 

Nous parlons maintenant de la magnétostatique qui correspond au cas de l'influence d'un champ magnétique permanent agissant sur des particules chargées en mouvement dans ce champ.

<< Les différentes sources de champ magnétique sont les aimants permanents et les courants électriques permanents, c'est-à-dire le déplacement d'ensemble de charges électriques (dans les spires d'une bobine par exemple). On considère également comme source la variation temporelle d'un champ électrique (induction magnétique). Toutefois, en régime variable, c'est-à-dire pour des courants électriques non permanents, le champ magnétique créé est lui-même variable. Il est alors la source d'un champ électrique, et ne peut donc être considéré de façon indépendante. Il s'agit alors d'un champ électro-magnétique complet. >>

 

<< La présence du champ magnétique se traduit par l'existence d'une force agissant sur les charges électriques en mouvement (force de Lorentz) et par divers effets magnétiques affectant certains matériaux (paramagnétisme, diamagnétisme ou ferromagnétisme selon les cas). La grandeur qui détermine l'interaction entre un matériau et un champ magnétique est la ''susceptibilité magnétique''. Cette grandeur sans dimension mesure la faculté que possède un matériau à s'aimanter sous l'action d'une excitation magnétique. La réaction est de deux types, l'aimantation du matériau s'accompagnant de l'apparition d'une force mécanique. >>

 

Dans le premier cas d'un champ magnétique agissant sur des charges en mouvement, la force dégagée dite force de Lorentz agit directement sur les particules chargées en mouvement dans le champ magnétique. Lorsque ces particules circulent dans un conducteur rectiligne, c'est la force dite de Laplace qui agit sur le matériau. Celle-ci est la résultante de toutes les forces de Lorentz agissant sur les charges mobiles. Ces particules chargées étant bloquées latéralement dans le matériau, cela se traduit par l'existence d'une force latérale sur le conducteur (principe d'action-réaction), la force totale de Laplace agit alors sur l'ensemble du matériau conducteur des particules.

 

Pour comprendre l'importance pour la physique de cette force de Lorentz, il faut repartir de la découverte faite par le physicien et chimiste danois Hans Christian Ørsted (1777-1851) qui est à l'origine de la découverte de l'interaction entre l'électricité et le magnétisme. En avril 1820, lors d'un cours sur l'électricité, il démontra expérimentalement qu'un fil parcouru par un courant électrique faisait bouger l'aiguille aimantée d'une boussole et donc qu'il existait une interaction entre les forces électriques et les forces magnétiques. Ceci était révolutionnaire pour une époque où le magnétisme en était encore à la pierre d'aimant, aux magnétiseurs et à l'étude du magnétisme terrestre.

 

A partir de 1820 les progrès de cette nouvelle branche de la physique dite ''électromagnétisme'' sont dus principalement à André-Marie Ampère et à Michael Faraday. Le premier conçoit dans un fil conducteur l'existence d'une multitude de particules chargées électriquement. Il observa que deux fils conducteurs parallèles traversés par des courants étaient attirés ou repoussés entre eux en fonction du sens relatif du courant. En 1821, de cette expérience, il tire la loi d’Ampère qui décrit la force agissant entre les deux fils.

 

<< La même année, Michael Faraday crée un premier moteur électrique primitif en « inversant » l’expérience d’Ørsted. Il place un aimant permanent dans un bain de mercure et un fil parcouru par un courant électrique dans ce bain. Le fil se met à tourner de manière circulaire. Il découvre en 1831 l’induction électromagnétique, c'est-à-dire l’apparition d’une force électromotrice dans un conducteur électrique soumis à un champ magnétique variable. Ce phénomène constitue actuellement la base de notre technologie et trouve son application dans les transformateurs, les dynamos ou bien encore dans les alternateurs. Faraday décrit également en 1845 le paramagnétisme et le diamagnétisme, c’est-à-dire, la capacité d’un matériau à créer une aimantation s’opposant ou suivant la direction du champ magnétique appliqué. >>

 

<< En 1861 le physicien écossais James Clerk Maxwell rassemble les travaux sur le magnétisme et sur l’électricité réalisés par Michael Faraday et André-Marie Ampère en un ensemble de vingt équations qui, plus tard, furent réduites à quatre. Ces équations décrivent le comportement du champ électromagnétique et ses interactions avec la matière. En 1887, l’inventeur américain d’origine croate Nikola Tesla invente le premier moteur électrique à induction, utilisant les travaux de M. Faraday sur le moteur électrique, l’induction électromagnétique et le courant alternatif. >>

 

44) Charges en mouvement. L'électricité.

 

Dans les deux paragraphes précédents, nous avons étudié le lien entre l'énergie et le magnétisme dans les deux cas suivants : (N°42) Relations entre particules chargées au repos ou corps de matière en équilibre (électrostatique). (N°43) Application à des particules de matière en mouvement d'un champ magnétique permanent (magnétostatique). Mais les phénomènes physiques, à toutes les échelles, se réalisent dans le mouvement plutôt que dans l'équilibre (bien que l'équilibre soit une recherche permanente de la nature). Dans le cas général, les forces de l'interaction électromagnétique sont donc dégagées lors de la mise en mouvement des particules chargées (les électrons) dans un champ magnétique variable. Ce sont elles qui constituent ce qu'on appelle la force ''électrique''. Nous en exposons ci-dessous les différentes formes.

 

Je cite le site de Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectromagn%C3%A9tisme

<< L'électromagnétisme englobe la notion commune ''d'électricité'' qui constitue son domaine d'application et qui regroupe les phénomènes électriques et magnétiques suivants :

 * L'électrostatique : les systèmes de charges électriques à l'équilibre ;

 * La magnétostatique : les phénomènes créés par un courant électrique stationnaire ;

 *L'induction magnétique : les phénomènes magnétiques créés par un courant électrique variable ;

 * L'électrodynamique : les interactions dynamiques entre courants électriques ;

 * L'électrodynamique quantique : branche de la physique quantique relativiste, qui permet de concilier électromagnétisme et mécanique quantique;

 * L'électronique : l'utilisation de tension, de courants généralement faibles et de phénomènes quantiques. L'électronique sert essentiellement pour le transfert, le contrôle et le traitement de l'information ;

 * L'électrocinétique ou l'électrotechnique : l'utilisation de tensions, de courants moyens à élevés pour des applications domestiques et industrielles (chauffage, transformateurs, moteurs électriques, électrolyse, électroménager, distribution, automatisation...) ;

 * La radioélectricité : les transmissions par ondes radio.

 * La prospection des matières minérales et énergétiques : l' électro graphie de fond de mer. >>

 

Dans cette rubrique N°25, il n'est pas dans notre intention de pénétrer la complexité et de parcourir l'étendue du véritable système physique constitué par le couplage entre charges en mouvement et champ électromagnétique en régime variable. La liste précédente montre aussi que ses domaines d'application sont très vastes. Quant aux phénomènes qui apparaissent, bien que l'électron en soit toujours l'acteur principal, la différence d'échelle et de puissance de ces phénomènes rend leur étude complexe, surtout dans l'optique de la physique standard des particules.

 

En effet, en régime variable, le couplage entre les charges et le champ magnétique est la source d'une dynamique (de forces) qui est à l'origine des divers phénomènes physiques que l'on regroupe sous l'appellation d'électromagnétique. Faute de pouvoir parler d'ondes, la physique des particules rapproche l'étude de ces phénomènes de la cinétique des gaz, de la thermodynamique, de la mécanique (dynamique), de l'hydraulique, etc. Les applications de l'électromagnétisme sont tellement nombreuses et ont été tellement révolutionnaires pour notre société qu'elles concentrent l'attention et les calculs des scientifiques, chacun avec ses méthodes et dans sa spécialité.

 

Pratiquement les scientifiques étudient les applications plus que la nature profonde du phénomène électromagnétique. Celle-ci est laissée dans l'ombre car il semble inutile et même risqué de s'en préoccuper. Cette manière de concevoir la science se retrouve de façon identique pour tous les problèmes délicats sur lesquels bute la physique standard. Citons par exemple ceux non résolus par la physique quantique (c'est quantique), ainsi que l'impossible interprétation de Copenhague (non choix entre ondes et particules) et l'incompatibilité entre la mécanique quantique et la relativité générale. Nombre d'autres problèmes qui offrent matière à discussion entre les scientifiques sont en effet mis sous le boisseau, car il leur semble finalement préférable d'en confier la solution aux générations futures.

 

Pour connaître les principales applications du magnétisme vous pouvez consulter le site suivant de Wikipédia :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Applications_du_magn%C3%A9tisme

 

Nous ne pouvons ici passer en revue toutes les configurations dans lesquelles se trouvent liées des charges en mouvement avec un champ électromagnétique en régime variable. Nous devons nous contenter de dégager le principe essentiel du fonctionnement de cette interaction électromagnétique dans un tel système. Nous le faisons dans l'optique de la physique des ondes axée sur le couplage existant dans l'électron entre l'onde énergie et l'onde de structure (magnétique). En évitant les explications compliquées par lesquelles la physique standard justifie l'existence d'un ''champ électrique'' de particules chargées, nous repartons des lois, effets et forces que les scientifiques du 19ème siècle ont établis dès l'origine de l'électromagnétisme.

 

D'une manière générale, lorsque un matériau conducteur possédant des électrons libres en circulation est soumis à une variation de flux de charges ou de champ magnétique, la réaction de ses atomes consiste à s'opposer à toute variation par un moyen approprié correspondant à la modification apportée. Je cite ci-dessous le texte sur la loi de Lenz du site de :  https://www.techno-science.net/definition/3282.html

 

<< La loi de Lenz (ou loi de Lenz-Faraday) sert en électromagnétisme et permet de déterminer le sens du courant induit. Elle peut s'énoncer comme suit : un changement d'état d'un système électromagnétique provoque un phénomène dont les effets tendent à s'opposer à ce changement.

Cas particulier important : la tension induite dans une bobine est due à la variation du flux inducteur. La loi de Lenz peut alors s'énoncer ainsi : La polarité de la tension induite est telle que si le courant peut circuler, il génère un flux qui tend à s'opposer à la variation du flux inducteur.

Par exemple, lors du déplacement d'une bobine dans un champ magnétique (dans un microphone électrodynamique, par exemple), une force électromotrice (fem) est créée qui fait circuler un courant dans la bobine. Ce courant produit une force de Laplace qui tend à s'opposer au déplacement initial. C'est la variation temporelle du flux magnétique, et non sa simple présence, qui va produire une force électromotrice aux bornes de la bobine. >>

 

Parmi toutes les forces qui interviennent dans tous les phénomènes relatifs à l'électromagnétisme, nous avons mis en évidence la force de Lorentz qui s'applique sous diverses formes. Nous en avons parlé en régime statique. Mais cette même force agit sur des charges en mouvement lorsque le champ magnétique varie. On l'appelle la force d'induction électromotrice.

 << L'induction électromagnétique est un phénomène physique conduisant à l'apparition d'une force électromotrice dans un conducteur électrique soumis à un flux de champ magnétique variable. Cette force électromotrice peut engendrer un courant électrique dans le conducteur. Ce phénomène est d'une importance pratique capitale. Il est notamment utilisé dans les générateurs et les transformateurs électriques, les bobines, ou encore les plaques à induction grâce aux courants de Foucault. Ce phénomène a pour origine la force de Lorentz appliquée aux électrons libres dans le conducteur électrique. >>

 

<< La distinction entre force électromotrice d'induction et force contre-électromotrice d'induction est artificielle : le phénomène est unique. Si le courant, qui circule effectivement dans le conducteur, le fait selon le sens qui lui permet de s'opposer à la variation de flux alors on dit que l'on a affaire à une force électromotrice (parfois en partie génératrice du courant qui circule). Si le courant circule dans l'autre sens, on peut la nommer force contre-électromotrice (mais ce n'est pas une obligation) car elle tend à s'opposer à la circulation du courant. Ce courant en sens inverse ne peut exister que s’il existe une autre source de tension dans le circuit qui s'oppose à la force contre-électromotrice et qui délivre une valeur de tension supérieure à cette dernière. >>

 

<< Lorsque le flux du champ magnétique qui traverse un circuit conducteur varie au cours du temps, il apparaît dans ce circuit une tension induite. La tension ainsi créée est orientée de façon à générer des courants s'opposant à la variation du flux. La variation du flux du champ magnétique peut avoir deux causes (non exclusives) :

 * Soit le circuit est soumis à un champ fixe mais on le déforme ou on l'oblige à tourner (cas des machines à courant continu).

 * Soit le circuit est immobile et l'intensité du champ magnétique varie ou tourne (cas des alternateurs). >>

 

Dans cette présente rubrique nous cherchons à montrer que les phénomènes électromagnétiques dépendent de la nature doublement ondulatoire de l'électron (énergétique et magnétique) en suivant les hypothèses de la physique des ondes. Mais il est important d'expliquer que les diverses applications de l'électromagnétisme sont dépendantes de la nature des matériaux utilisés, et en particulier de leurs propriétés magnétiques, c'est-à-dire de leur susceptibilité magnétique, de leur configuration électronique, des réactions magnétiques des noyaux de leurs atomes, des relations quantiques et du spin de leurs électrons. Je recommande à mes lecteurs de relire les rubriques N° 3, 14, 22, 23, de notre blog qui traitent de ces sujets dans l'optique de la physique des ondes.

 

Les applications électromagnétiques dépendent également de l'état physique des matériaux sur le plan de leur structure, de leurs propriétés de transmission énergétique, des propriétés quantiques de leurs électrons, des propriétés thermodynamiques de leurs atomes. Il apparait à ce sujet que notre rubrique N°11 qui traite de l'atome froid, ouvre des perspectives nouvelles en direction des applications dites mécaniques et énergétiques de l'électricité (conductivité, stockage, etc.).

 

5) LA RADIOACTIVITÉ

 

L'interaction nucléaire faible (aussi appelée force faible) est responsable du phénomène physique de la désintégration radioactive des particules subatomiques. A une toute autre échelle, cette force faible participe aussi à une partie du processus de la fusion nucléaire qui produit l'énergie d'une étoile de la dimension du soleil. C'est au niveau du noyau atomique que nous présentons ce phénomène physique qui fait partie du domaine plus général de la radioactivité.

Les textes entre guillemets << >> sont des compilations extraites de Wikipédia et « » de l'excellent site du CERN edp sciences : http://www.laradioactivite.com

 

<< Le terme radioactivité fut inventé vers 1898 par Pierre Curie, il décrit le phénomène physique naturel au cours duquel des noyaux atomiques instables se désintègrent en dégageant de l'énergie sous forme de rayonnements divers, pour se transformer en des noyaux atomiques plus stables. >>

 

<< Un élément est dit radioactif lorsque son noyau est instable et qu'il relâche spontanément de l'énergie sous la forme de rayons alpha, bêta et gamma afin de tendre vers la stabilisation. Ce phénomène est appelé la désintégration du noyau atomique. Si les noyaux ainsi créés sont instables, ils donnent à leur tour lieu à une désintégration radioactive. Souvent, ce processus conduit à une chaîne de désintégrations successives – plus ou moins longue et complexe – avant d'aboutir à des noyaux atomiques stables (qui ne sont plus radioactifs). >>

 

« La loi de décroissance radioactive est une loi fondamentale de la radioactivité. Quand un noyau émet une particule alpha ou un électron bêta, il se transforme : c’est ainsi que du radium devient du radon, du tritium de l’hélium ! De ce fait, le nombre d’atomes de l’espèce radioactive diminue inexorablement. Il en va de même du nombre de désintégrations par seconde, que l’on appelle activité de la source radioactive, et du nombre de rayonnements émis. Nombre d'atomes radioactifs, nombre de désintégrations, nombre de rayonnements émis marchent de concert. Ils décroissent de la même façon....La population des radioéléments décroît selon une loi appelée exponentielle. Cette population est divisée par deux, chaque fois qu'un laps de temps caractéristique de l'espèce radioactive, appelée période ou encore demi-vie, s'écoule. La période radioactive qui mesure la rapidité de la décroissance, est une caractéristique du noyau. »

 

« La grande majorité des noyaux naturels sont stables. C’est la raison pour laquelle on les observent dans la Nature, les noyaux instables qui sont radioactifs disparaissant avec le temps. Les seuls noyaux instables subsistants dans l’environnement naturel possèdent une durée de vie très longue, de l'ordre de milliards d'années comme l’uranium et le thorium, ou bien ils se sont constamment régénérés... Un noyau est un assemblage particulièrement complexe de nombreux constituants dont le nombre atteint 238 pour l'élément naturel le plus lourd, l'uranium. Avec autant de participants, la description des phénomènes à l'intérieur du noyau, et notamment des forces, n'est pas simple. »

 

« Des millions de milliards de milliards d'atomes sont présents dans le moindre gramme de matière. Même présents en proportion infime dans un échantillon, les noyaux radioactifs sont innombrables. L’activité (le rythme de leurs désintégrations ou des rayons qu'ils émettent) est toujours mesurée par des chiffres impressionnants qui reflètent simplement la petitesse des noyaux et leur multitude symbolisée par le nombre d'Avogadro. »

 

« C'est la présence d'une répulsion électrique entre les protons qui limite la taille des noyaux. Cette répulsion croit comme le carré du nombre de protons, plus vite que l'attraction nucléaire qui assure la cohésion du noyau. Quand le noyau grossit, la nature adoucit cette répulsion croissante des protons en augmentant la proportion des neutrons. Le prix à payer est une diminution de la stabilité. Il vient un moment où le noyau préfère expulser un paquet de quatre nucléons [particule (α)]. »

 

Pour se stabiliser, les éléments chimiques lourds qui possèdent des nucléons en surnombre (généralement des neutrons) auraient tendance à rejeter en bloc ces particules surnuméraires du noyau de leurs atomes. Mais cette opération est coûteuse en énergie et la nature, toujours économe, fournit aux éléments lourds radioactifs plusieurs solutions qui mettent en rapport les coûts d'énergie avec les résultats recherchés.

 

Suivant la lourdeur des noyaux atomiques et l'importance de l'énergie mise en jeu, on distingue différents modes de désintégration des éléments radioactifs, ces modes aboutissent à libérer plusieurs types de rayonnements ionisants. Ceux-ci sont une forme d'énergie évacuée par des atomes radioactifs (uranium, plutonium, etc), sous la forme de particules ou corpuscules, neutrons, particules alpha (α) ou bêta (β) et aussi d'ondes très énergétiques, rayons gamma (γ) et (X).

 

<< Ces derniers sont, pour les organismes vivants, particulièrement nocifs et même mortels en cas de dose élevée. Par leur énergie, les rayonnements ionisants sont pénétrants, c’est-à-dire qu’ils peuvent traverser la matière. Le pouvoir de pénétration dépend du type de rayonnement et du pouvoir d'arrêt de la matière. Cela définit des épaisseurs différentes de matériaux pour s'en protéger, si nécessaire et si possible. >>

 

* Les neutrons émis dérivent de fissions spontanées. << La fission spontanée est une forme de désintégration radioactive caractéristique des isotopes très lourds au cours de laquelle un noyau lourd se divise, sans apport d'énergie extérieur, en au moins deux noyaux plus légers. >>

 

* << La radioactivité alpha (α) fut d'abord observée comme un rayonnement de type inconnu, dévié par des champs électriques et magnétiques. Le sens des déviations indiquait qu'il était transporté par des particules ayant des charges électriques positives. Ernest Rutherford identifia en 1908 ces particules « alpha » à des noyaux d'hélium composés de 2 protons et 2 neutrons, donc de quatre nucléons. L'émission d'une particule alpha concerne surtout les très gros noyaux, dont le plus gros observé dans la nature est celui de l'uranium-238 comportant 92 protons et 136 neutrons. De tels noyaux, instables, émettent un noyau léger d'hélium afin de devenir moins volumineux et ainsi de se rapprocher de la stabilité. Cette manière d'expulser deux protons et deux neutrons groupés s'avère plus économique que d'expulser des protons et des neutrons de manière isolée. >>

<< La pénétration des particules (α) est faible, étant lourdes et chargées électriquement, elles sont arrêtées très facilement et rapidement par les champs électromagnétiques et les atomes composant la matière environnante. Une simple feuille de papier suffit à arrêter ces particules. Pour se protéger, il importe avant tout que le corps émetteur du rayonnement alpha ne soit pas ingurgité. >>

 

* << La radioactivité bêta (β) ou émission bêta est un type de désintégration radioactive dans laquelle une particule bêta (un électron ou un positron) est émise. On parle de désintégration bêta moins (β-) lorsque un électron (particule chargée négativement) est émis, ou bêta plus (β+) lorsque un positron (particule chargée positivement) est émis. Ce sont Irène et Frédéric Joliot-Curie qui ont découvert en 1934 la radioactivité artificielle et qui ont synthétisé les premiers radioéléments (β+).

 - La radioactivité bêta moins (β-) affecte les nucléides présentant un excès de neutrons. Un neutron est converti en proton, le phénomène s'accompagne de l'émission d'un électron, [particule (β-)] et d'un antineutrino. L'électron émis à grande vitesse par le noyau traverse le cortège électronique et va interagir avec les autres atomes voisins

 -  La radioactivité bêta plus (β+) concerne les nucléides qui présentent un excès de protons. Un proton est converti en neutron, le phénomène s'accompagne de l'émission d'un positron, particule bêta (β+) et d'un neutrino >>

 

« Le positon émis par le noyau entre rapidement en interaction avec un électron du cortège électronique de l' atome. Il disparaît alors et se transforme en énergie électromagnétique, c'est-à dire en un rayonnement gamma d'énergie 511 keV, valeur exactement égale à l'équivalent  masse  de  la  masse  de  l'électron  suivant  la  relation E = m•c².   Il n' y a donc  pas  à  proprement  parler  de  rayonnement  (β+)  extérieur à l' atome concerné. Le neutrino, lui, n'interagit pas avec la matière. »

 

« L'excès de neutrons étant beaucoup plus fréquent parmi les noyaux radioactifs naturels que l'excès de protons qui est rare, la radioactivité bêta-moins est de loin la plus observée. Il est plus ''économique'' au sens énergétique du terme et efficace pour le noyau en excès de neutron d'éjecter un électron plutôt qu'un neutron. De même pour le noyau en excès de protons, l'éjection d'un positron plutôt qu'un proton lui permet de rallier la stabilité de façon plus efficace. »

 

* Les rayons gamma (γ) sont des rayonnements électromagnétiques d'une haute fréquence supérieures à 30 exahertz (3×10 puissance 19 Hz). Les rayons gamma sont plus pénétrants que les particules alpha et bêta, mais sont moins ionisants. Ils sont de même nature que les rayons X mais sont d'origine différente et de plus haute fréquence.

 

<< Les rayons gamma sont produits par des transitions nucléaires tandis que les rayons X sont produits par des transitions électroniques provoquées en général par la collision d'un électron avec un atome à haute vitesse. Comme il est possible pour certaines transitions électroniques d'être plus énergétiques que des transitions nucléaires, il existe un certain chevauchement entre les rayons X de haute énergie et les rayons gamma de faible énergie. De plus, contrairement aux rayons X, on ne peut pas les dévier ou les focaliser à l'aide de miroirs. >>

 

Les rayons gamma, les rayons X, les UV et la lumière visible sont tous des rayonnements-ondes de type lumière dits (à tort) électromagnétiques. Leur différence réside dans leur fréquence qui est très élevée pour les rayons gamma ce qui les rend très énergétiques et dangereux pour les cellules vivantes.

 

<< Ainsi, on constate que le blindage contre les rayons gamma requiert des grandes quantités de matière et qu'il n'est pas possible de stopper 100 % du rayonnement. Par exemple, un blindage qui réduit de 50 % l'intensité de rayons gamma de 1 MeV nécessite 1 cm de plomb, 6 cm de béton ou 9 cm de terre...Un rayon gamma interagit avec la matière en transférant l'intégralité de son énergie à un électron d'orbitale qui est alors éjecté de l'atome auquel il était lié. >>

 

Un rayon gamma peut également être à l'origine de la création, au voisinage d'un noyau atomique, d'une paire d'électron-positron. Ceci << nécessite une énergie supérieure à la masse au repos des particules qui la composent, soit 1,022 MeV : l'énergie excédentaire est transférée sous forme d'énergie cinétique à la paire formée, ainsi qu'au noyau de l'atome. >>

 

Notre rubrique N°24 traite au chapitre N°92 de l'énergie des nucléons et notamment de l'interaction faible. Je vous demande de vous y reporter pour connaître la manière dont la physique des ondes explique la radioactivité bêta plus et les neutrinos. Il est en outre indispensable, si l'on veut comprendre, sinon admettre, toutes les idées qui sont développées dans nos rubriques au nom de la ''physique des ondes'', de connaître les hypothèses de base qui sont exposées dans les 5 premiers chapitres de ce blog. Elles concernent d'une part l'électron, onde double énergie et structure, vortex en mouvement, disque au repos, d'autre part la constitution des nucléons faits de brochettes de positrons et d'électron en liaison d'onde de spin.

 

Toutes celles de nos rubriques qui sont axées sur les principaux domaines de la physique, exposent la conception de la physique standard et les difficultés que celle-ci rencontre avec la réalité. J'espère l'avoir fait correctement, en évitant les caricatures. Mon but est de repenser chacune de ces matières en fonction de nos hypothèses et de montrer, d'une part leur adéquation avec la réalité, d'autre part la simplification qu'elles apportent aux concepts de la physique théorique standard.

 

L'onde de structure de l'électron qui relie électron et positron par paire sans les annihiler, qui les fait se repousser entre particules de même signe, qui constitue la ''glu'' entre les deux brochettes d'un nucléon et entre nucléons, qui fait cohabiter matière et antimatière dans les nucléons, qui relie intimement énergie et structure à toutes les échelles et dans tous les domaines de la physique et de la chimie, cette onde de spin est à la fois magnétique, gravitationnelle et structurante de la matière.

 

Pour ce qui est de l'interaction faible, la physique des ondes explique sans difficulté les difficiles problèmes de la ''violation de symétrie CP'' et de ''l'asymétrie matière-antimatière'' observée dans l'Univers. C'est un peu complexe, je n'en dis pas plus, les physiciens sont au courant du problème.

 

6) LA FORCE NUCLÉAIRE

 

Les textes ci-dessous sont des compilations de textes extraits de plusieurs sites de Wikipédia dont :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Interaction_forte

https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_quantique_des_champs

https://fr.wikibooks.org/wiki/Le_noyau_atomique/L%27interaction_nucl%C3%A9aire

 

<< La force nucléaire qui s'exerce entre nucléons est responsable de la liaison des protons et des neutrons dans les noyaux atomiques... Depuis les années 1930 jusqu'en 1970, les protons et neutrons étaient considérés comme des particules élémentaires et l'expression ''force nucléaire forte'' désignait ce qu'on appelle aujourd'hui la force forte résiduelle. On observait une force responsable de la cohésion des nucléons (protons et neutrons) au sein du noyau de l'atome, force permettant donc la cohésion même du noyau atomique. >>

 

<< Expérimentalement, la force nucléaire se moque de la nature des nucléons. A distance égale cette force sera identique entre deux neutrons, deux protons, ou entre un proton et un neutron. Cette propriété est appelée l'indépendance à la charge de la force nucléaire. L'expérience montre que la force nucléaire peut être aussi bien attractive que répulsive : tout dépend de la distance entre les deux nucléons. Quand les deux nucléons sont extrêmement proches, la force nucléaire est fortement répulsive. En conséquence, le noyau atomique est presque incompressible. Rapprocher deux nucléons demande une force énorme pour surcompenser la force nucléaire. Mais si les deux particules sont "loin", la force nucléaire est attractive. >>

 

<< Depuis 1970, en raison d'un changement de paradigme après l'introduction du modèle des quarks, il a été défini une nouvelle formulation de la force de cohésion des nucléons appelée ''l'interaction nucléaire forte''. Elle désigne les forces qui sont définies par la chromodynamique quantique et qui interagissent avec les quarks, en raison de leur charge de couleur. >>

 

<< En effet, après la découverte des quarks, les scientifiques se sont rendu compte que cette force entre nucléons à moyenne distance n'était en réalité que le reflet de l'interaction entre les quarks (considérés comme constituants élémentaires des protons et des neutrons) et des gluons, agissant au sein des nucléons eux-mêmes. L'ancienne notion a donc été remplacée par celle ''d'interaction forte résiduelle'', et la « nouvelle » interaction a été appelée force de couleur ou tout simplement interaction forte. >>

 

<< Bien que son existence soit démontrée depuis les années 1930, les scientifiques n'ont pas réussi à établir une loi permettant de calculer sa valeur à partir de paramètres connus. Même après un siècle de physique nucléaire, les lois et constantes fondamentales de l'interaction forte restent toujours inconnues, au contraire des lois de Coulomb et de Newton, qui sont depuis longtemps formulées mathématiquement. >>

 

<< Sans interaction forte, le noyau des atomes céderait à la répulsion électrostatique des protons entre eux. Elle tire son nom de ce fort effet à courte distance. L'interaction forte est également responsable des réactions nucléaires qui ont lieu au cœur des étoiles, notamment de la transformation d'hydrogène en hélium. >>

 

<< À l'instar de la charge électrique portée par les particules sensibles à la force électromagnétique, les quarks portent des charges dites ''de couleur''. C'est pourquoi on qualifie parfois l'interaction forte de « force de couleur » et la théorie qui structure l'ensemble des concepts est la ''chromodynamique quantique'' (en abrégé CDQ ou QCD). Celle-ci utilise la ''théorie quantique des champs'' pour rendre compte de l’interaction entre quarks et gluons. >>

 

<< La théorie quantique des champs est un cadre théorique qui tire son nom de la combinaison entre la notion classique de champ et des principes et outils de la mécanique quantique (relativiste). C'est aujourd'hui un des piliers conceptuels de la description physique de l'univers, au travers notamment du modèle standard. >>

 

La chromodynamique quantique fait partie du modèle conceptuel de la théorie quantique des champs et donc de la physique standard des particules. Celle-ci interprète les interactions fondamentales comme résultant de l'action de particules intermédiaires virtuelles. Elle utilise pour cela une construction mathématique avec un langage adapté. Au fur et à mesure des recherches les adaptations à la réalité sont de plus en plus difficultueuses, mais si la théorie aboutit à des résultats absurdes ou infinis, elle autorise une ''renormalisation'' qui fait coïncider cette réalité avec la théorie, ce qui est bien pratique.

 

Je ne fait présentement que rapporter les dires de certains scientifiques ayant des opinions différentes de la norme car je n'ai pas l'intention de pénétrer les arcanes de ces théories et de les juger par moi même, ce dont je me reconnais d'ailleurs incapable. La position de la physique des ondes sur l'interaction nucléaire forte est abondamment développée dans la rubrique précédente N°24.

J'expose cependant ci-dessous certaines particularités de la chromodynamique quantique (CDQ). Elles montrent la grande complexité de la conception du rôle des quarks à l’intérieur d'un nucléon et de la grande difficulté de la (CDQ) à expliquer la réalité de l'interaction forte.

 

<< la chromodynamique quantique décrit l’interaction forte comme un groupe de jauge particulier sur la couleur des quarks, nommé groupe de jauge SU(3). Il s'agit d'un nombre quantique, analogue à la charge électrique de la force électrostatique. >>

 

<< Il n'existe pas de lien avec la notion de couleur du spectre lumineux hormis un parallèle avec la décomposition de la lumière visible chez l'humain en trois composantes rouge-vert-bleu. Un autre principe fondamental de la théorie est en effet qu’une particule constituée de quarks doit toujours avoir une couleur résultante blanche, c'est-à-dire que sa charge de couleur doit être nulle. Cela peut être obtenu en combinant trois quarks de couleurs différentes : bleu, vert et rouge. Le baryon résultant est ainsi de couleur blanche. De la même façon, en combinant un quark et un antiquark de couleurs opposées (par exemple, bleu et antibleu), nous obtenons un méson de couleur blanche. >>

 

Cette notion de charge de couleur a été ''inventée'' pour expliquer le ''confinement'' des quarks à l’intérieur de chaque nucléon. En effet << la force qui lie les quarks croît avec leur distance. Lorsque celle-ci est très faible, les quarks n’interagissent presque pas entre eux, tandis que plus ils s’écartent et plus l’interaction s’intensifie. Ce phénomène explique le confinement des quarks. La théorie prévoit que l'intensité de l'interaction forte tend vers zéro quand la distance tend vers zéro. Ce phénomène est appelé leur ''liberté asymptotique'' et permet aux quarks de se déplacer librement au sein des nucléons. >>

 

<< La portée de l'interaction forte est d'environ 10 puissance -15 m, c'est-à-dire la taille d'un noyau atomique. C'est cent fois plus que l'interaction faible, mais négligeable devant les portées infinies de la gravitation et de l'interaction électromagnétique. >>

 

<< L'interaction forte est la plus forte des interactions fondamentales. Sa constante de couplage est environ cent fois plus grande que celle de l'interaction électromagnétique, un million de fois plus que celle de l'interaction faible, et 10 puissance 39 fois plus que celle de la gravitation. >>

 

7) LA DIFFICILE UNIFICATION DES FORCES PAR LA PHYSIQUE DES PARTICULES

(Les textes entre guillemets sont de Wikipédia)

 

Le paragraphe précédent montre la grande difficulté que la physique standard des particules rencontre pour unifier des forces dont l'origine provient d'interactions entre une multitude de particules si différentes par leur masse, leur charge, leur distance, leur structure, et dont l'échelle de puissance entre elles est sans commune mesure.

 

L'établissement d'une théorie unifiant les forces fondamentales exige tout d'abord de choisir une définition des concepts de matière et d'énergie qui soit universelle, c'est-à-dire qui puisse expliquer tous les phénomènes physiques à toutes les échelles existantes. Or les définitions de ces concepts par la physique standard, aussi bien pour la matière que pour l'énergie, ont été construites progressivement, en s'adaptant aux découvertes expérimentales et aux théories successivement émises pour répondre aux problèmes posés. Il n'est pas étonnant que la physique standard des particules ne parvienne pas à réaliser cette unification. Expliquons cela.

 

71) Définition de la matière

 

711) Définition générale et consensuelle

 

La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Les notions de substance et celle de réalité tangible ne sont pas des concepts réellement scientifiques (voir notre définition de la ''substance de l'espace'' chapitre N°2 du blog). << Il paraît préférable d'employer les termes de "composants physiques ou chimiques" et de "systèmes physiques" lorsque l'on veut désigner ce dont s'occupent les physiciens, et celui de "matériaux" si l'on veut désigner ce qui constitue les objets ordinaires. >>

 

<< La matière est formée de corpuscules qui peuvent être des atomes et/ou des molécules constituées d'atomes. Est considéré comme « matière » tout assemblage d'atomes ou de molécules. Une réaction chimique, aussi bien qu'une transformation physique, n'étant rien d'autre qu'un réarrangement des atomes, c'est par la permanence de ces derniers que se trouve garantie la stabilité implicitement demandée à l'idée de matière. >>

 

<< Une substance est dite pure lorsqu'elle est constituée d'atomes du même élément chimique. Elle est alors appelée corps simple, et ne peut être décomposée en d'autres éléments distincts. Cela différencie un corps simple d'un composé chimique. Les composants chimiques peuvent se combiner entre eux au cours de réactions chimiques pour former d'innombrables composés chimiques. Les trois états de matière les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux et l'état plasma. La matière occupe de l'espace et possède une masse. Ainsi, en physique, tout ce qui a une masse est de la matière. >>

 

Un matériau désigne toute matière utilisée pour réaliser un objet au sens large. La science des matériaux repose sur les relations entre les propriétés physiques, chimiques, la structure et les possibilités de mise en œuvre de ces matières. On distingue :

* Les matériaux métalliques (les métaux et alliages métalliques)

* Les matériaux organiques qui sont ''fabriqués'' par les êtres vivants (végétaux, animaux, micro-organismes, biomasse) ou issus du vivant après décomposition et recyclage (bois, coton, papier, matières plastiques, caoutchouc, cuir, énergie fossile...). Ils sont constitués de molécules formant de longues chaînes de carbone,

* Les matériaux minéraux ou inorganiques (roche, céramique, verre, porcelaine, plâtre...)

*  Les matériaux composites.

 

712) Les particules élémentaires de la physique standard

 

A partir de l'historique tiré du site de Wikipédia :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_des_particules

j'ai sélectionné les dates et faits suivants. Ils sont orientés de façon à montrer le moment où la physique des ondes et celle des particules ont divergé :

 

1869, le premier tableau périodique des éléments de Mendeleïev permit d'affermir le point de vue prévalant durant tout le 19ème. siècle que la matière était faite d'atomes.

1897 : Thomson découvre l'électron et crée un modèle où l'atome est décrit comme une entité de charge neutre (contenant un noyau positif avec de petits électrons négatifs). Les atomes sont composés d'électrons légers et de protons massifs.

Rutherford établit que les protons sont concentrés dans un noyau compact.

1900  Planck suggère que le rayonnement est quantifié (pour chaque fréquence, il est émis par paquets d'énergie, ou de valeur, le ''quantum''.

1905 : Einstein propose que le quantum de lumière (appelé photon en 1926) se comporte comme une particule. Les autres théories d'Einstein expliquent l'équivalence de la masse et de l'énergie, la dualité onde-particule des photons, le principe d'équivalence et la relativité restreinte.

1911 : Rutherford conclut à l'existence d'un noyau compact dans lequel les protons sont concentrés.

1913 : Bohr construit la théorie de la structure atomique basée sur des hypothèses quantiques.

1923 : Compton découvre la nature quantique (particulaire) des rayons X, laissant supposer que les photons sont des particules.

1924 : de Broglie propose des propriétés ondulatoires pour les particules formant la matière.

1926 : Schrödinger développe la mécanique ondulatoire, qui décrit le comportement des systèmes quantiques pour les bosons.

 

1926 :Born donne une interprétation probabiliste de la mécanique quantique. Lewis propose le nom de photon pour le quantum de lumière.

1928 : Dirac propose son équation d’onde relativiste pour l’électron.

De 1930 à 1970, une variété ahurissante de particules ''le zoo de particules'' a été trouvée lors d'expériences de collision dans les accélérateurs de particules

Années 1970 : formulation du modèle standard. Un grand nombre de particules peuvent être conçues comme résultant de combinaisons d'un relativement petit nombre de particules fondamentales.

 

J'ai séparé l'année 1926 car c'est entre Schrödinger et Born qu'est apparue la vraie rupture de la conception physique de la matière.Toutes les études de physique théorique doivent elles se faire en appliquant les propriétés ondulatoires de la matière à l'échelle quantique et en développant les idées de de Broglie et de Schrödinger, ou bien en suivant les idées de Born et de Dirac et en utilisant les lois de la mécanique, de la dynamique, de la mathématique probabiliste, de la relativité, appliquées à des particules en mouvement permanent ?

 

La notion de particules fondamentales, appelées par le modèle standard ''particules élémentaires'', doit donc retenir notre attention car nous verrons que c'est sur ce point, et sur le concept de photon, que notre physique des ondes apporte des idées différentes permettant d'unifier les forces fondamentales. Wikipédia va nous aider à connaître les particules élémentaires actuellement reconnues comme telles par le modèle standard.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Particule_%C3%A9l%C3%A9mentaire

Le modèle standard reconnaît comme particule élémentaires :

 

* Les quarks. Il y a six quarks (up, down, / strange, charm, / bottom, top) et six antiquarks de trois générations qui diffèrent par leur masse. La première génération (up et down) constitue la matière ordinaire (neutrons et protons). Les quarks de deuxième et troisième génération sont plus lourds, ils forment des particules toutes instables, et se désintègrent en quarks de première génération.

 

<< Peu après la découverte de l'existence des quarks en 1964, on a introduit la notion de charge de couleur pour expliquer comment les quarks pouvaient coexister dans les nucléons dans des états qui sinon, sembleraient identiques, et donc pour continuer de satisfaire le principe d'exclusion de Pauli. Le concept s'est avéré indispensable. La couleur d'un quark peut prendre trois valeurs : rouge, vert ou bleu. Un antiquark peut prendre trois anticouleurs : antirouge, antivert et antibleu. >>

 

Bien qu'élémentaires, les quarks ne peuvent exister isolément. Ils sont regroupés dans des mésons (paires quark-antiquark) ou par trio de quarks (proton et neutrons). << Par exemple, les protons sont formés de deux quarks up et d'un quark down, tandis que les neutrons sont formés d'un quark up et de deux quarks down. >>

 

*Les leptons (particules légères). Il y a six leptons (électron, neutrino électronique, / muon, neutrino muonique, / tau, neutrino taunique) et six antiparticules correspondantes. Elles appartiennent à trois générations différentes. L'électron a pour antiparticule le positron. La masse du muon et de l'antimuon est 200 fois supérieure. à celle de l'électron, celle du tau et de l'antitau l'est 3000 fois. Les neutrinos ont possiblement une masse à cause du phénomène d'oscillation neutronique, mais elle suffisamment légère pour ne pas avoir pu être mesuré directement.

 

* Les bosons. << En mécanique quantique, un boson est une particule de spin entier qui obéit à la statistique de Bose-Einstein. Dans la famille des bosons, on classe comme particules élémentaires : les photons, les gluons, les bosons Z et W qui sont les bosons de jauge du modèle standard. Celui-ci considère également comme particule fondamentale le boson de Higgs récemment découvert ainsi que le graviton encore théorique. >>

– Les bosons de jauge obéissent à la statistique de Bose-Einstein. Ils sont des vecteurs supports de force et jouent un rôle de médiateur entre les forces fondamentales électromagnétiques, faible et forte. Le boson de Higgs, lui, n'est pas un médiateur de force, et n'appartient donc pas à la classe des bosons de jauge. << Ces particules de champ peuvent être réelles ou virtuelles. Dans ce dernier cas, elles ont une durée d'existence extrêmement brève et sont observées indirectement par leur action, qui consiste essentiellement à transmettre les forces fondamentales. C'est d'ailleurs pourquoi ces particules virtuelles sont appelées « particules messagères » ou aussi « médiateurs ». >>

– Le photon est le quantum d'énergie associé aux ondes électromagnétiques (ondes de type lumière). Cette (soi-disant) particule sans masse est le médiateur de l'interaction électromagnétique.

– Le boson Z et les 2 bosons W (+ et -) sont les médiateurs de l'interaction faible.

– Les gluons sont les bosons de jauge responsables de l'interaction forte. Les gluons confinent les quarks ensemble en les liant très fortement. Ils permettent ainsi l'existence des protons et des neutrons, ainsi que des autres hadrons et donc de l'univers que nous connaissons. Chaque gluon porte une charge de couleur (rouge, vert ou bleu, comme les quarks) et une anti-charge de couleur (comme les anti-quarks). Il existe 8 différentes sortes de gluons, en fonction de leur charge et de leur anti-charge de couleur.

– Le boson de Higgs est supposé conférer leur masse aux autres particules par un mécanisme de brisure spontanée de symétrie appelé le mécanisme de Higgs. Notons que la famille des bosons comporte aussi des particules composites. Ce sont des mésons et quelques quasi-particules (paires de Cooper, plasmons et phonons). Ces bosons, particules composites constituent également certains noyaux qui ont un nombre de masse pair, comme le deutérium, l'hélium 4 ou le plomb 208.

 

Si on compte les particules en distinguant leurs différentes couleurs et leurs antiparticules, on dénombre en tout 61 particules qui sont considérées comme élémentaires par le modèle standard.

En effet 2 x 6 x 3 couleurs = 36 quarks, 2 x 6 =12 leptons, 1 photon, 8 gluons 4 bosons

Soit 61 particules élémentaires à partir desquelles sont composées toute les innombrables particules qui émergent des accélérateurs de particules.

 

Nous savons que les véritables particules composées qui existent dans la réalité sont les protons et les neutrons qui constituent les noyaux des atomes, ces derniers étant les corpuscules qui forment les éléments de la matière. Mais si l'on cherche à unifier les forces de la nature aux différentes échelles, c'est du niveau le plus élémentaire qu'il faut partir. C'est pourquoi, avant d'étudier le concept d'énergie tel qu'il est conçu par la physique standard et tel qu'il ressort des interactions entre les particules élémentaires, nous résumons la présentation de celles -ci par le tableau suivant qui présente les particules élémentaires de la physique standard de manière très claire :

 

 

Ce tableau est extrait du site https://fr.wikipedia.org/wiki/Particule_%C3%A9l%C3%A9mentaire

 

72) Le concept d'énergie

 

721) Définition générale

 

<< Il existe en fait plusieurs définitions de l'énergie. Usuellement, l’énergie est aujourd’hui définie comme la capacité d'un corps ou d'un système à produire du travail mécanique ou son équivalent. C'est une grandeur physique qui se conserve lors de toute transformation d'un système physique fermé (conservation de l'énergie). >>

 

Dans le cadre de notre étude des forces fondamentales et des interactions entre particules, la définition suivante semble particulièrement correspondre à celle de la physique standard des particules : << L'énergie est un concept créé pour quantifier les interactions entre des phénomènes très différents. C'est un peu une monnaie d'échange commune entre les phénomènes physiques. Ces échanges sont contrôlés par les lois et principes de la thermodynamique. Selon la théorie de la relativité générale, l'énergie est une grandeur de même nature que la masse. >>

 

L'importance du nombre de particules élémentaires existant dans notre univers (suivant le modèle standard) va de pair avec le nombre des phénomènes qui les relient. Ceux-ci dépendent des propriétés physiques et du rôle des particules qui interviennent. Tous ces phénomènes ont été découverts progressivement par les scientifiques, étudiés et mesurés expérimentalement. Beaucoup ont fait l'objet d'un rapport scientifique baptisé ''effet'' qui porte le nom du découvreur. Une centaine d'effets en physique sont le résultat direct d'interactions entre particules fondamentales.

 

L'étude expérimentale de ces effets et des propriétés physiques particulières à chacune des particules élémentaires en interaction, permet de déterminer les paramètres de leur couplage et donc les énergies mises en jeu. Certaines relations sont variables, le chiffrage d'autres détermine des constantes spécifiques de ces relations. Ces constantes peuvent avoir un caractère universel ou être réservées à une interaction particulière. D'autres constantes ont seulement un caractère de couplage ponctuel et habituel. Nous ne parlons dans le paragraphe suivant que des constantes de couplage ou spécifiques aux interactions des particules. Les véritables constantes fondamentales et universelles seront mentionnées dans le chapitre N°8 suivant qui expose les vues de la physique des ondes concernant à la fois la matière et l'énergie.

 

722) Les constantes de couplage suivant le modèle standard

 

<< En science, une constante physique est une quantité physique dont la valeur numérique est fixe. Contrairement à une constante mathématique, elle implique directement une grandeur physiquement mesurable. Ce sont des valeurs dont on a remarqué qu'elles semblaient constantes indépendamment de tous paramètres utilisés. La théorie les suppose donc réellement constantes. >>

 

<< Certaines constantes (comme celle de structure fine) sont sans dimension, elles ne dépendent pas du système d'unité utilisé. Les autres auraient évidemment des valeurs différentes dans des systèmes différents. >>

 

<< Le modèle standard possède, en 2016, dix-neuf paramètres libres pour décrire les masses des trois leptons, des six quarks, du boson de Higgs et huit constantes pour décrire les différents couplages entre particules. La valeur de chacun de ces paramètres n'est pas fixée par des principes premiers, elle est déterminée expérimentalement. >>

 

Voici le tableau de ces 19 paramètres extrait de :   https://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%A8le_standard_de_la_physique_des_particules

 

Paramètres du modèle standard de la physique des particules

Symbole                                               Description                                                            Valeur

me                                                Masse de l'électron                                                         511 keV

mμ                                                Masse du muon                                                         105,7 MeV

mτ                                                 Masse du tau                                                               1,78 GeV

mu                                                Masse du quark up                                                       1.9 MeV

md                                                Masse du quark down                                                 4,4 MeV

ms                                                Masse du quark strange                                               87 MeV

mc                                                Masse du quark charm                                               1,32 GeV

mb                                               Masse du quark bottom                                             4,24 GeV

mt                                                Masse du quark top                                                   172,7 GeV

θ12                               Angle de mélange θ12 de la matrice  CKM                                  13,1°

θ23                              Angle de mélange θ23 de la matrice CKM                                    2,4°

θ13                               Angle de mélange θ13 de la matrice CKM                                    0,2°

δ              Paramètre de la violation de la symétrie CP dans la matrice CKM              0,995

g1 ou g' Constante de couplage pour le groupe de jauge U(1) (électromagnétisme) 0,357

g2 ou g Constante de couplage pour le groupe de jauge SU(2) (interaction faible)  0,652

g3 ou gs Constante de couplage pour le groupe de jauge SU(3) (interaction forte)  1,221

θQCD                     Angle thêta de la chromodynamique quantique                              ~ 0

v                           « Valeur attendue dans le vide » du champ de Higgs                     246 GeV

mH                                               Masse du boson de Higgs                                        ~ 125 GeV

N.B. << Sur les six saveurs de quarks, quatre possèdent des nombres quantiques identiques et peuvent donc se mélanger. Ces probabilités de mélange (transformation d’un quark en un autre sous l’effet de l’interaction faible) sont données par la matrice de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (matrice CKM). Des phénomènes comme l’interaction faible, la désintégration radioactive ou la violation CP, dépendent directement de ces quatre paramètres de mélange des quarks. >>

 

73) Le blocage de la grande unification

 

Le chapitre précédent nous montre l'importance qu'a pris le modèle standard des particules dans la physique théorique. Celle-ci << est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois physiques et en développe le formalisme mathématique. Elle constitue un champ d'études intermédiaire entre la physique expérimentale et les mathématiques, et a souvent contribué au développement de l’une comme de l’autre. C'est dans ce domaine que l'on crée les théories, les équations et les constantes en rapport avec la physique. >>

 

Cet ensemble théorique a ''verrouillé'' la physique sur le concept de particule en utilisant cependant des notions de ''fonction d'onde'', de ''champ'' et de ''spin'' en dehors de toute réalité et en les considérant comme des concepts mathématiques. Sans développer la complexité du modèle théorique actuel et sans vouloir en pénétrer les impasses qui ne permettent pas d'aboutir à la ''grande unification '' des forces fondamentales, je vous indique la référence des sites de Wikipédia traitant de ces sujets afin que vous puissiez juger par vous-même de leur difficile évolution :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gravit%C3%A9_quantique

https://fr.wikipedia.org/wiki/Relativit%C3%A9_g%C3%A9n%C3%A9rale

https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_quantique_des_champs

https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_de_jauge

https://fr.wikipedia.org/wiki/Grande_unification

 

<< Selon la relativité générale, la gravitation n'est pas une force, mais une manifestation de la géométrie de l'espace-temps lui-même. La Terre tourne autour du Soleil non pas parce qu'une force s'exerce sur elle, mais parce qu'elle se déplace en suivant le chemin le plus court dans l'espace-temps, qui est courbé par la masse du Soleil. Unifier la mécanique quantique et la gravitation signifie ainsi quantifier d'une manière ou d'une autre la structuration de la matière et de l'énergie...

...Aujourd'hui, le principal chaînon manquant dans cette quête unificatrice est la réunion de la gravitation et de la physique quantique. La théorie de la gravitation d'Einstein, la relativité générale, décrit aussi bien l'évolution de l'Univers que les mouvements des planètes et la chute des pommes. La physique quantique décrit les atomes, les électrons et les quarks, les interactions fondamentales subatomiques, et bien d'autres phénomènes...

...Mais là où les deux théories devraient s'appliquer ensemble, dans les situations extrêmes où les effets quantiques et ceux de la gravitation sont importants, par exemple au cœur des trous noirs ou durant les premières fractions de seconde de l'Univers, elles semblent incompatibles. En dépit de tous leurs efforts depuis plus de 80 ans pour combiner la relativité générale et la physique quantique, les physiciens n'ont pas encore réussi. La théorie de la gravitation quantique nous échappe toujours. >> Wikipédia

 

8) L'UNIFICATION DES FORCES PAR LA PHYSIQUE DES ONDES

 

81) La matière, suivant la physique des ondes

 

Reprenons les thèmes de matière et d'énergie en se plaçant, cette fois, dans l'optique de la physique des ondes telle que nous l'avons développée dans notre blog ''essai d'une nouvelle physique'' sur le site : http://paulpb.eklablog.fr/. Je vous recommande de relire l'ensemble de ces textes situés au début de ce blog qui présente les hypothèses de base ainsi que les premiers développements sur lesquels est bâtie cette physique des ondes. En voici certains extraits :

 

La notion de "substance de l'espace"est due à J.J. Micalef qui, sur son site "les nouveaux principes de physique", attribue à cette substance les importantes propriétés particulières que sont la célérité de la propagation des ondes dans ce milieu (vitesse de la lumière (c) = 299.792 Km/s) et la quantité de mouvement minimum (force minimum) qui est nécessaire pour qu'une onde puisse se déplacer dans cette substance. L'importante constante de Planck "h" a un rapport avec ce "quantum d'action". Ce quantum d'énergie, qui a été baptisé photon, est malheureusement très souvent considéré comme une particule, la soi-disant particule de lumière.

 

La substance de l'espace est le support de la vibration des ondes transportées et de leur action à distance. L'autre notion essentielle est que les ondes qui circulent sont faites DE "substance de l'espace", qui se propagent DANS cette substance.

 

Les définitions et propriétés principales des"ondes de type lumière" sont identiques à celles de toutes les ondes périodiques. Seules les caractéristiques du milieu (espace, matière solide, liquide, gaz, plasma) dans lequel ces ondes circulent, changent les conditions de leur progression. Les ondes de type lumière ne sont pas différentes (dans le principe) des ondes dites mécaniques (sonores et sismiques). Ce sont des ondes uniquement longitudinales qui n'ont pas de composantes transversales comme les ondes dites électromagnétiques (l'électron, les ondes alpha et bêta) avec lesquelles elles ont été et sont toujours officiellement confondues. Or les ondes de type lumière n'ont pas de propriétés magnétiques et ne sont pas sensibles aux influences magnétiques qui sont la seule caractéristique des électrons en déplacement.

 

L'origine de la matière, c'est-à-dire l'ensemble de la substance de l'espace et de ce qui y gravite, est certainement un problème insoluble pour l'homme. Elle touche à des croyances qui, évidemment, ne sont pas scientifiques. L'univers est-il éternel, fini ou infini ? Comment imaginer l'infini ? Notre cerveau n'est pas conditionné pour cela.

 

Bien ''malin'' qui peut répondre en exprimant une certitude. Il faut pourtant exposer une (sa) solution. Je dirais donc que l'univers est infini, qu'il a toujours existé et qu'il est éternel, que la matière qui est faite d'onde de la S.E, est recyclée en permanence entre la matière des étoiles en fin de vie et les disques d’accrétion des étoiles naissantes, comme nous l'avons vu. Les étoiles mortes constituent probablement la matière noire que les astrophysiciens cherchent à mettre en évidence dans les galaxies. Il découle de ces ''affirmations'' que ''le temps et l'espace'' sont des termes sans signification réelle. Il n'existe que des intervalles de temps et des dimensions entre des éléments.

 

De l'infiniment grand à l'infiniment petit, voici maintenant quelques extraits du chapitre N°4 du blog ''La matière, l'atome, l'électron'', et du chapitre N°5 ''La création de la matière''. L'électron est une "onde stationnaire mobile". Je pense que c'est la véritable "onde électromagnétique" qui aurait pour origine (cosmique) l'interférence d'une onde longitudinale de type lumière avec le champ magnétique transversal d'une étoile naissante. L'électron pourrait être la seule 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 progression (l'électron -), l'autre dans celui 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 (toute leur vie). 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.

 

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". L'électron, particule élémentaire, relie donc en son sein, avec la constante "h" de Planck, la charge élémentaire "e", la masse élémentaire "m'', le quantum de mouvement (énergie minimum de l'onde de type lumière), le quantum de moment magnétique (onde transversale) et la substance de l'espace (qui constitue à la fois l'une et l'autre onde).

 

Comment fonctionnent ces ondes magnéto-gravitationnelles (dites de masse) pour relier les corps, les attirer ou les repousser ? Je pense qu'une mise en harmonie de l'onde énergétique des électrons entraîne, du fait de son couplage avec l'onde de masse (c'est la même onde qui tourne), une mise en résonance de leurs ondes de masse. Dans un même ''référentiel" ces dernières se "fondent" en une seule onde, une seule "onde de structure" successivement, pour l'atome, pour la molécule, pour le corps, pour les passagers de la voiture qui circule sur la terre, pour la terre dans le système solaire, pour celui-ci dans notre galaxie , pour celle -ci dans l'univers.

 

Cette onde transversale qui structure l'électron et donc qui ''crée'' la matière, est bien celle qui caractérise la particule de matière (élémentaire ou composée) et qui la différencie de la simple onde de type lumière. Tout ce qui possède une ''masse'' est particule (matière), sinon ce sont des ondes. Toutes les particules sont faites d'électrons (-) ou de positrons (+), ou les deux (paire neutre). Suivant leur sens de rotation (leur spin) dans le sens de leur mouvement, les particules possèdent une ''charge'' négative ou positive. Ces deux concepts abstraits de ''masse et de charge'' sont en réalité réunis dans la vraie particule élémentaire, l'électron-positron. Sa masse (m) et sa charge (e), associées aux constantes de Planck (h et h barre) ainsi qu'à l'unité de fréquence (le hertz) pourraient servir de base à toutes les unités du système international. Voir à ce sujet le post-scriptum N°1 du blog ''Les constantes universelles, les unités fondamentales''. Nous reparlerons de la charge au paragraphe suivant qui concerne l'énergie.

 

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" (ce sont des vortex) sont orientés dans le même sens. Ces lignes de particules sont très fortement reliées par leurs ondes qui tournent, dans le même sens pour une même lignes et en sens contraire entre les deux lignes.

 

Il est bien présomptueux de vouloir décrire ce qui se passe exactement dans le berceau de ces 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 917 électrons soit une "masse" de 1835 "m" élémentaire formeraient ainsi un proton, auquel se joint, pour sa stabilité, un électron indépendant, de ceux qui émanent en permanence des étoiles, (rayons cosmiques du soleil par exemple). Ainsi se formerait l'atome d'hydrogène, (1 proton + 1 électron) celui qui est précisément le premier élément des étoiles, c'est aussi son carburant puisque c'est la fusion de deux atomes d'hydrogène qui est le premier maillon de la chaîne de nucléosynthèse.

 

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. Le neutron serait constitué de 918 positrons et 918 électrons (donc 1836 "m") mais il est très instable seul. Par contre, associé aux protons, il les stabilise et permet d'obtenir des atomes plus lourds et donc la gamme complète des 92 éléments chimiques stables.

 

Dans un atome l'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 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.

 

82) L'énergie,  suivant la physique des ondes

 

Dans un atome, ce sont donc les nucléons qui concentrent la quasi totalité de la masse. Mais il s'agit de masse au repos, en état d'énergie minimum. Nous verrons plus loin ce que la physique des ondes pense de la force d'inertie d’entraînement due au spin des nucléons, ainsi que de la force de désintégration nucléaire.

 

Disons présentement que tous les échanges d'énergie entre atomes et entre la lumière et la matière sont réalisés par les électrons qui entourent le noyau. Ils sont en relation interne avec leur proton mais ils peuvent se libérer de leur atome s'ils reçoivent de l’extérieur l'énergie quantique suffisante.

 

C'est le domaine de l'énergie électromagnétique qui régit les interactions physiques et chimiques entre éléments en fonction de la charge (+ou-) des électrons, de leur niveau d'énergie, et de la mise en relation de leurs fréquences.

 

Il est important de dire que l'onde énergétique de l'électron possède une énergie proportionnelle à celle de la fréquence de l'onde lumière qui l'excite (en tenant compte de la constante de Planck (h)). Cette excitation se fait par mise en résonance des ondes et en tenant compte des paliers de quanta. Je pense que ces paliers peuvent être considérés comme des harmoniques multiples de la fréquence de l'électron "au repos" sur son orbitale fondamentale. Son énergie est très petite sur son orbite fondamentale, mais elle peut devenir importante si l'atome est excité de l’extérieur.

 

Nous avons vu que la charge, comme la masse, sont des notions abstraites que l'on peut assimiler à un "nombre d'électrons de masse (m) et de charge élémentaire (e)". La charge négative d'un électron est: e = 1,602.176 coulomb avec 19 zéro devant. Celle positive d'un positron (d'un proton) est la même. Lorsque l'on parle de charge, il est question de l'onde de structure de l'électron. Si l'on parle de masse, il s'agit aussi de son onde de structure. Sa masse élémentaire très petite (m) vaut : 9,1x10 puissance-31 kg.

 

Mais si l'atome possède un noyau suffisamment lourd, en équilibre instable, et qu'il est attaqué par un neutron rapide, c'est l'ensemble de l'édifice nucléaire qui se désagrège. L'hypothèse de la physique des ondes est que ces nucléons sont constitués d'électrons et de positrons normalement en repos énergétique mais reliés par des ondes de structure (de masse) extrêmement puissantes (interaction forte). Depuis Einstein et son équation E = m.c², on a pris l'habitude, par facilité de langage de traiter la masse comme s'il s'agissait d'énergie. Cela trouble la compréhension car, si l'importance de la masse (des noyaux atomiques) est essentielle (masse critique), c'est la brisure de la force de cohésion et la brusque accélération (c²) des particules qui crée la force dite atomique.

 

Je dois à nouveau préciser que les électrons sont constitutifs des nucléons dans ce que j'ai appelé des brochettes d'électrons et de positrons. Celle-ci sont des ''piles'' d'ondes-disques, animées durant toute leur ''vie'' d'un mouvement de rotation (le spin) réel. Ce mouvement provoque donc un effet gyroscopique et une force d'inertie qui, je pense, est précisément à l'origine de leur onde de structure magnéto-gravitationnelle et donc des forces fortes, faibles et gravitationnelles. La mise en résonance magnétique des noyaux (RMN) par action d'un champ magnétique qui agit sur les brochettes en les mettant en précession (dite de Larmor), est le processus inverse de ce phénomène naturel.

 

Cette notion de force d'inertie des nucléons que je viens seulement d'étudier conforte singulièrement nos hypothèses de base de la physique des ondes. Elle me demande une plus profonde réflexion, spécialement en ce qui concerne les notions de référentiel inertiel et non inertiel. Dans cette rubrique je ne puis faire autrement que de citer provisoirement quelque paragraphes extraits des sites suivant de Wikipedia :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Force_d%27inertie#Expressions

https://fr.wikipedia.org/wiki/Précession_de_Larmor

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A9cession_de_Thomas

https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Einstein-de_Sitter

https://fr.wikipedia.org/wiki/Précession_géodétique

 

La gravité en tant que force d'inertie

 

<< La notion de force d'inertie apparaît en relativité générale. Les forces d'inertie sont toujours proportionnelles à la masse de l'objet sur lequel elles agissent, ce qui est aussi le cas de la gravité. Ceci a conduit Albert Einstein à se demander si la gravitation était aussi une force d'inertie. Il remarque qu'un observateur en chute libre dans une pièce fermée ne ressent pas la gravité, et peut se croire dans un référentiel inertiel (c'est le principe d'équivalence). Ceci a conduit Einstein à formuler une théorie où la gravitation est une pseudo-force due à la courbure de l'espace-temps. Cette idée est le fondement de la relativité générale. >>

 

<< Historiquement, la ''précession de Thomas'' a été mise en évidence pour expliquer certaines propriétés des niveaux d'énergie observés dans l'atome d'hydrogène. Celles-ci mettaient en évidence le fait que l'électron possédait un moment cinétique intrinsèque (le spin), capable de se coupler à un champ magnétique extérieur ainsi que d'être affecté par le moment cinétique orbital de l'électron soumis aux forces électrostatiques du noyau atomique central (composé d'un seul proton). >>

 

<< La précession de Thomas est le nom donné au phénomène de précession que subit le moment cinétique d'un objet, ou le spin d'une particule élémentaire quand elle possède une trajectoire accélérée non soumise aux forces gravitationnelles. La précession de Thomas doit son nom à Llewellyn Thomas qui l'a mise en évidence en 1926. La précession de Thomas est une des deux composantes de ce qui est appelé la précession géodétique (ou géodésique) qui inclut aussi les effets du champ gravitationnel (effet de Sitter). >>

 

83) La notion de référentiel

 

Nous venons de constater que les notions de quantité de mouvement, de force et d'énergie sont identiques entre la physique des particules et celle des ondes, mis à part le fait que l'énergie est transmise pour la première, par des ondes dites électromagnétiques et par des particules virtuelles et pour la seconde, par des ondes uniquement. L'énergie est le concept physique le plus facilement mesuré car il est à la base de tous les phénomènes physiques et parce que la lumière, le son et la chaleur sont directement accessibles à nos sens.

 

Par contre la matière qui nous paraît compacte et solide est en réalité faite à 99,9999% de vide. Le reste n'est même pas du solide puisque, pour la physique des ondes, il est constitué d'ondes stationnaires mobiles. L'électron est l'interférence de deux ondes, une onde énergétique de type lumière, matérialisée par une onde transversale de structure. Cet électron est pour nous la particule élémentaire constitutive de toutes les autres particules et notamment des nucléons qui forment le noyau de tous les atomes.

 

Le noyau atomique forme pratiquement la totalité de ce que l'on nomme ''la masse'' qui est normalement en état de mouvement minimum dans son référentiel (l'atome). Les ''relations extérieures'' énergétiques de l'atome sont assurées par les électrons. Elles se font dans un corpuscule, un corps, une molécule, un tissu, un élément, un matériau qui constituent un nouveau référentiel, c'est à dire une structure plus importante. Et ainsi de suite.

 

L'unité universelle des forces d'interaction entre tous les éléments de matière à toutes les échelles, depuis l'atome jusqu'aux galaxies, est réalisée par l'électron, non seulement du fait de son onde énergétique, mais surtout grâce à son onde de structure qui relie les électrons pour former successivement les nucléons, les noyaux, les atomes, les molécules, les éléments, les matériaux, la terre, notre système solaire, l'amas de galaxie dont nous dépendons, éventuellement notre univers.

 

Ce sont donc des référentiels successifs qui ont tous en commun les mêmes lois physiques universelles , les mêmes constantes universelles, les mêmes particules élémentaires, l'électron et le positron. Ces particules sont des ondes doubles qui sont ''faites de substance de l'espace (S.E.)'' et qui circulent dans cette substance. Rappelons que la structure de cette (S.E.) nous est inconnue mais que nous connaissons la vitesse de circulation des ondes dans cette (S.E.), celle constante de la lumière, ainsi que le quantum de mouvement minimum des ondes, appelé photon.

 

84) Les constantes universelles et les unités fondamentales

 

61 particules élémentaires, 19 constantes de couplage et de très nombreuses particules médiatrices interviennent dans l'explication, par la physique standard des particules, des effets et phénomènes physiques et chimiques apparaissant lors des interactions fondamentales. Cette profusion de paramètres multiplie les difficultés pour obtenir l'unification recherchée des interactions et donc des forces fondamentales

 

Pour la physique des ondes, une seule particule, l'électron-positron, ainsi que les propriétés de la substance de l'espace et celles des ondes (de type lumière et de structure), constituent la base des constantes universelles qui régissent toutes les relations entre la matière et l'énergie, à toutes les échelles de grandeur.

 

Dans ce cadre, voici une liste de constantes universelles qui, classées par la physique des ondes, pourraient servir de base à l'établissement de toutes les unités de la physique :

 

Attributs de la substance de l'espace (S.E.) :

 

* Célérité des ondes de type lumière dans la substance de l'espace (S.E.) :

  (c) = 299.792 458 m/s.

 

* Quantum de mouvement minimum (le dit photon) La théorie quantique est basée sur le concept discontinu de l'énergie rayonnante (les ondes de type lumière). Le quantum de mouvement minimum, propriété de la (S.E.) (le soi-disant photon), est la quantité minimale qui compose cette énergie. Sa valeur est = (h.ν) (h.nu) avec :

(h) la constante de Planck,    (ν) la fréquence de l'onde.

Ainsi, l'énergie contenue dans un photon est obtenue en multipliant sa fréquence (ν) par (h), la vitesse de la lumière étant constante. C'est-à-dire que le quotient (E / ν ) est toujours un multiple (n) de (h).            E / ν = n × h

 

* La constante de Planck (h), déterminée expérimentalement, relie le quantum de mouvement minimum spécifique à la (S.E), à sa fréquence (l'énergie du ''soi-disant photon'' à sa fréquence) :

Constante de Planck : h ≈ 6,6260695 × 10p.-34 exprimée en Joule.sec   ou en Kg.m²/s

Constante de Planck : h ≈ 4,1343359 × 10p.-15 eV⋅s exprimée en électron-volt.seconde.

 

* Constante magnétique du vide (perméabilité magnétique du vide) :

µ0 ≈ 4π × 10p.−7 H/m

La perméabilité magnétique d'un matériau se mesure en henrys par mètre (H/m). En réponse à un champ magnétique de valeur imposée, le matériau répond par une excitation magnétique d'autant plus intense que la perméabilité magnétique est faible. Voir plus loin la définition du henry.  

 

* Unités fondamentales d'espace et de temps

 --Le mètre qui est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 seconde.

 --La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’atome de césium 133. Il en résulte que la fréquence de cette transition est égale à 9 192 631 770 hertz.

 --Le hertz est l'unité de mesure de la fréquence Un nombre de hertz représente donc un nombre d'oscillations d'ondes par seconde. Un hertz est la mesure de la fréquence de répétition d'un événement qui se répète une fois par seconde.

 

Attributs élémentaires et énergétiques de l'électron :

 

* Masse élémentaire de l'électron   (m) = 9,109 x 10p.-31 Kg.

L'unité de masse, le Kilogramme, sera défini à partir du 20 mai 2019 en partant de la valeur de la constante de Planck (h) exprimée en Kg.m² par seconde (voir plus haut).

 

*Charge élémentaire de l'électron -e =-1,602 176 620 x 10p.-19 Coulomb ou Ampère.sec

La valeur de cette charge (+e pour le proton-positron) est à la base des unités électriques du Système international car le coulomb (C) est l'unité de charge électrique du Système international Le coulomb est la charge électrique (la quantité d'électricité) traversant une section d'un conducteur parcouru par un courant d'intensité de un ampère pendant une seconde. (1 C = 1 A s). Il vaut :

1Coulomb = 1 Ampère.seconde = 6,241 509 629 152 65 × 10p.+18 charges élémentaires.

 

* La constante de Planck réduite (ħ) appelée ''h barre'', est égale à : h/2pi. Elle relie l'énergie du ''dit photon'' (le quantum d'action minimum) à celle de l'électron excité par lui. C'est le même quantum qui est à la base de l'énergie de l'onde lumière réémise par l'électron lorsqu'il se désexcite.

 Constante de Planck réduite : ħ ≈ 1,05457716 × 10p.-34 J.s exprimée en Joule.seconde

 Constante de Planck réduite : ħ ≈ 6,58211928 × 10p.-16 eV.s exprimée en électron-volt.seconde

 

* Unités d'énergie

--Le Joule est le travail d'une force motrice d'un newton dont le point d'application se déplace d'un mètre dans la direction de la force : 1 Joule = 1Newton.m = 1Kg.m².s-²

Un Joule = 6,241 506 363 09 x 10p.+18 électron-volt

--Le newton (N) est l'unité de mesure de la force. Il vaut un kilogramme mètre par seconde carrée (1 kg m /s−²).

--L'électron-volt (eV) est l'énergie cinétique gagnée par un électron accéléré par une différence de potentiel d'un volt. Cela correspond à l'ordre de grandeur de l'énergie d'un électron au sein d'un atome.

Un électron-volt = (eV) = 1,602 177 33 x 10p.-19 joules

 – Le henry (symbole : H) est l’unité dérivée d’inductance du Système international (SI). L’inductance d’un circuit est de 1 henry si un courant parcourant ce circuit en variant uniformément à raison de 1 ampère par seconde, produit à ses bornes une force électromotrice de 1 volt.

1 Henry = 1 V.s / A = 1 m². Kg / s². A² = 1 m² kg / C².

 

Attributs magnétiques de l'électron :

 

* Magnéton de Bohr (muB) µB = e. ħ/2m ≈ 9,274 009 49 × 10p.−24 Joule / Tesla T−1 (ou A.m²)                           ou µB = 381 755 5 × 10p.−5 Electron-Volt / Tesla

<< Le sens physique du magnéton de Bohr est un quantum de flux magnétique pour l'électron, ce qui correspond au plus petit moment magnétique associé à cette particule.>> C'est une constante physique qui relie le moment magnétique minimum de l'électron à son quantum d'action minimum. C'est une notion similaire au magnéton nucléaire valable pour le proton et le neutron. De même que l'énergie de l'électron est quantifié, son flux magnétique l'est aussi.

 

* Constante de structure fine (alpha) (α) = 7,297 352 566 x 10p.-3 = 1/137,035 999 037

Elle est calculée à partir du carré de la charge élémentaire (e) divisée par le produit de la constante de Planck réduite par la célérité de la lumière = (e)/(ħ)x(c) 

C'est une constante sans dimension qu'il a été nécessaire d'introduire en physique quantique pour justifier le décalage des raies spectrales de l'hydrogène découvert en 1947 par W.E.Lamb et son étudiant R.C.Rutherford. La physique des particules a beaucoup de difficultés à l'expliquer.

<< En physique quantique, le décalage de Lamb (en anglais Lamb shift) représente la différence d'énergie entre les deux niveaux de l'atome d'hydrogène, notés en termes spectroscopiques : 2S1/2 et 2P1/2. Ce décalage n'est pas prédit par l'équation de Dirac, qui donne la même énergie à ces deux états...On observe bien les raies d’émission prévues, mais elles sont dédoublées, et ce dédoublement est inexplicable en théorie quantique de l’électron seul. >>

 

L'électrodynamique quantique a possiblement attribué ce décalage à l'influence sur les orbitales électroniques de la ''fluctuations de l’état de vide du champ électromagnétique''. << Ces fluctuations sont dites virtuelles c’est-à-dire qu’on ne peut les observer. Par contre, les fluctuations virtuelles du vide ont une influence sur ce qui peut être observé. Les fluctuations virtuelles ou particules virtuelles perturbent les particules réelles, et c’est ce qui provoque le décalage de Lamb... Celui-ci a depuis joué un rôle important, à travers la validation des fluctuations de l'énergie du vide, dans la découverte du rayonnement de Hawking émanant des trous noirs. >> Wikipédia

 

<< La constante de structure fine peut également être vue comme le carré du rapport entre la charge élémentaire et la charge de Planck. Elle joue aussi le rôle de constante de couplage, représentant la force d'interaction entre les électrons et les photons. Sa valeur ne peut être prédite par la théorie mais seulement déterminée par des résultats expérimentaux. Elle apparaît dans l'analyse de Sommerfeld et détermine la taille de la séparation de la structure fine des raies spectrales de l'hydrogène. >> Wikipédia

 

Nous avons classé la constante de structure fine dans les attributs magnétiques de l'électron car, pour nous, il s'agit de l'influence du champ magnétique du noyau de l'atome sur celui des électrons des couches fondamentales. Nous pensons que l'écartement (ou l'étalement) des raies du spectre de l'hydrogène (ou autre élément) n'est pas dû à un pluralisme d'énergie mais à un problème d'influence magnétique entre les ondes de structures de l'électron et celle du proton.

 

Une résolution plus importante de la spectroscopie fait apparaître une structure de raies encore plus écartée dite ''hyperfine'' justifiant l'influence magnétique de l'ensemble du noyau sur les électrons de l'atome. Rappelons que la fréquence du spin nucléaire se situe dans le domaine des fréquences radio et micro-ondes. Wikipédia indique que : << la structure hyperfine s’explique en physique quantique comme une interaction entre deux dipôles magnétiques :

Le dipôle magnétique nucléaire résultant du spin nucléaire ;

Le dipôle magnétique électronique lié au moment cinétique orbital et au spin de l’électron.

 S’y ajoutent des corrections prenant en compte le moment quadripolaire du noyau atomique. >>

 

Il nous apparaît que cette constante de structure fine pourrait exprimer la différence entre le magnéton de Bohr de l'électron et le magnéton nucléaire ou, plus fondamentalement, entre le mouvement de spin de l'électron et celui du noyau. Bref, l'équation de Dirac resterait valable et la constante de structure fine pourrait continuer à tourmenter les scientifiques des particules.

 

* Le rapport gyromagnétique est le rapport entre le moment magnétique et le moment cinétique d'une particule. Appliqué à l'électron, la physique des ondes attribue une grande importance à ce concept car il est au cœur du fonctionnement de l'électron. Il permet le chiffrage de la relation entre l'onde énergétique de l'électron et son onde de structure. Nous supposons en effet que, puisque les deux ondes sont liées (c'est la même qui tourne), un apport d'énergie à l'électron doit entraîner une modification de la fréquence de rotation de son spin. Ce rapport devrait être une constante.

 

Le calcul de cette constante pose un problème à la physique des particules car, pour celle-ci, les électrons qui sont des petites boules sont supposées ne pas tourner vraiment, le spin reste une sorte d'artifice de calcul, un ''moment magnétique'' relié à un ''moment cinétique''. Les physiciens du 19ème siècle qui vivaient dans la réalité, expérimentaient et calculaient avec les moyens de l'époque, avec la géométrie et la mécanique qui étaient à leur disposition. Leurs découvertes, leurs études et leurs calculs étaient et sont toujours des références remarquables. Les unités qu'ils ont crées sont tellement bien établies que l'on a beaucoup de difficultés à les adapter aux nouvelles découvertes. Je vous renvoie à ce sujet à notre post-scriptum N°1 chapitre N°3 qui expose la demande du Comité international des poids et mesures (CIPM) lors de sa 23ème réunion de 2007.

Le rapport gyromagnétique classique de l'électron est (γ) (gamma). Il a pour valeur : γ = e / 2m

En unité du Système International (SI), il s'exprime en Coulomb par Kilogramme.

Souvent on utilise ''γ/2pi'' exprimé en Mégahertz par Tesla (valant 106 C/kg).

Pour l'électron γ = 1,759.10p.11 C/kg

Wikipédia indique que l'on peut également calculer le rapport gyromagnétique de l'électron si sa masse et sa charge suivent une distribution uniforme :

(γ) électron = -e / 2m ≈ -1,602 × 10p.-19 divisé par 2×9,109 × 10p.-31 ≈ -8,793 × 10p.10 C/Kg

avec (e) la charge élémentaire de l'électron et (m) sa masse élémentaire.

 

Il existe un autre rapport dit ''ratio gyromagnétique'' ou ''facteur (g) de l'électron :

g = -2 µB / ħ = −2,002 319 304 366

avec (µB) le magnéton de Bohr et (ħ) la constante de Planck réduite.

Ce ratio (g) de l'électron correspond au ''facteur de Landé'' grandeur physique sans dimension qui permet de relier le moment magnétique au moment cinétique d'un état quantique, facteur introduit par Alfred Landé en 1921.

Wikipedia indique que << ce physicien germano-américain (1888-1976) est reconnu pour ses contributions en physique quantique, et en particulier en physique atomique, physique du solide et en spectroscopie. Il était partisan avec Erwin Schrödinger, Louis de Broglie et Albert Einstein, d'une interprétation réaliste, qui s'oppose à celle de l'école de Copenhague. >>

Ces scientifiques auraient-ils pu choisir définitivement les ondes plutôt que les particules ? !!

 

* Unités du champ magnétique

 

L'unité définie en 1960 pour quantifier l'intensité du champ magnétique est le tesla (T). C'est une unité du système international (SI) qui est dérivée des unités principales. Le tesla mesure le flux d'induction magnétique à partir de la valeur des unités suivantes :

1 Tesla = 1 Weber par m² = 1 Kg par Ampère et par seconde carré = 1 Newton/Amp.m

1 Tesla = 1 Kg par Coulomb et par seconde = 1 Volt.seconde par m² = 1 Joule par Ampère et m²

1 Tesla = 1 Watt.seconde par Ampère et m²

 

85) L'unification des forces dans la matière

 

Le tesla, unité d'intensité magnétique, est donc en liaison avec les unités fondamentales mais aussi avec toutes celles qui mesurent les énergies mécanique et électrique. Cela est une évidence pour la physique des ondes, puisque l'électron, particule élémentaire, relie dans sa structure même l'énergie et le magnétisme. C'est bien cette propriété particulière que nous avons attribué à l'électron qui réalise l'unification de toutes les forces physiques, à toutes les échelles et dans tous les référentiels de notre univers. C'est ce que nous avons voulu montrer dans cette rubrique.

 

9) L'UNIFICATION PAR LES SUPER-THÉORIES

 

Dans ce dernier chapitre, je désirais dresser le panorama actuel des diverses théories qui ont été ou sont développées pour l'unification des forces fondamentales. Je prend conscience que, pour le faire correctement, cela me demande un gros travail qui exige plusieurs mois d'étude. Je décide donc de reporter ultérieurement cette rédaction, car je me dois d'éditer maintenant la présente rubrique N°25 qui est déjà très longue.

 

Nous avons vu que << la théorie quantique des champs est aujourd'hui un des piliers conceptuels de la description physique de l'univers, au travers notamment du modèle standard... Toutefois, en dépit de nombreux efforts, il ne semble pas possible d'y intégrer une description de la théorie de la relativité générale... Pour cette raison, de nombreux physiciens cherchent une théorie plus générale, dont la théorie quantique des champs (et celle de la relativité générale) ne seraient que des approximations. >> Wikipedia

 

Il s'agit essentiellement de la théorie des cordes des théories de supersymétrie et des supercordes. Elles ont toutes pour base le modèle standard des particules et les postulats de la mécanique quantique. Elles développent le formalisme mathématique jusqu'aux limites du possible mais, devant l'absurde, ''renormalisent'' en coupant les infinis et les impossibilités. J'indique cependant que ces théories ne craignent pas le big-bang, les multi-univers et la fiction (la science fiction) qui sont des sujets très demandé par tous les médias. Vous en savez donc sûrement déjà beaucoup sur la question, c'est pourquoi il me faut profondément réfléchir sans pouvoir conclure présentement.