Des atomes aux particules

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Des atomes aux particules et au
delàELEMENTAIRE, MON CHER WATSON!
Préparation collective P. Aurenche, L. Gallot,
J.P. Guillet, E. Pilon, E. Ragoucy,
R.Taillet Chercheurs au LAPTH
lapTh
2
Lélément en physique
De quoi est faite la matière ?
Démocrite (400 av. J.C.) matière granulaire

• indivisibles, éternels
• variables en taille, masse, forme
• se combinant entre eux

ATOMES
Vision matérialiste, mécaniste de la
nature Invérifiable (à cette époque)
Rejetée par Platon, Aristote
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Plan de lexposé

• Des  quatre éléments  à latome et au tableau
  périodique
• De latome aux particules élémentaires
• Au delà la théorie des cordes?

Premières définitions de lélémentarité
Changement de la notion délémentarité
Une nouvelle idée de lélémentarité
4
leau
lair
la terre
Les 4 éléments
le feu
5
leau
lair
la terre
sel
soufre
éléments de contrôle
mercure
etc...
le feu
6
Boyle (1627 - 1691)
Éléments Substances se combinant entre elles
pour former des composés mais ne pouvant être
réduites à dautres substances plus simples
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Chimie naissante (1766)
Argent Azote Calcium Carbone Chlore Cuivre
Étain Fer Hydrogène Iode Magnésium Or
Oxygène Plomb Potassium Sodium Zinc etc
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Lhypothèse atomique
J. Dalton (1803)
Eau Hydrogène Oxygène volumes
2 1
H2O
La matière est granulaire elle est composée
datomes
9

masse
10
Dmitri Ivanovitch Mendeleiev (1834-1907)
Rangement des éléments selon leurs propriétés
chimiques (1869)
11
Le tableau périodique de Mendeleiev (1869)
12
Le tableau périodique à la fin du XIXième siècle
13
Le tableau périodique actuel
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Lélémentarité en chimie

• Atome lélément chimique
• Explication des propriétés chimiques ?
• Explication des masses atomiques ?
• Liste longue et régularité ?

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Puissances de 10
1 mm (millimètre) 10-3 m (mètre) 1 cheveu
10-2 mm 10-5 m (il faut 100 cheveux côte-à-côte
pour couvrir 1 mm) 1 atome dhydrogène 10-7 mm
10-10 m (il faut 10 millions atomes côte-à-côte
pour faire 1 mm) (Remarque la tome de Savoie
102 mm)
16
Lexpérience de Rutherford (1912)
Sonder latome
?
Résultat
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Latome est composé

• Un noyau central ()
• Des électrons (-1) répartis en
• couches
• Le tableau de Mendeleiev est
• expliqué
• (numéro atomique,
• propriétés chimiques, )

atome 10-10 m
noyau 10-14 m
18
Le noyau est composé
noyau 10-14 m

• Deux particules ingrédients le proton (1) et
  le neutron (0)
• Bonus masses atomiques expliquées

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Les quarks
proton (10-15 m)
1
0
20
Équivalence masse-énergie

• De la masse peut donner de lénergie
• De lénergie peut donner de la masse

mc2 E
E mc2
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De nouvelles particules (depuis 1930)

• Le muon m, ...
• les quarks s (étrange), c (charmé), b (beau),
• Les neutrinos (électroniques, muoniques, ...)
• (liste non-exhaustive)
• Ces particules
• Ne sont pas des sous-constituants de la matière
  ordinaire
• Ne sont pas composées

Comment les classer ?
En utilisant leurs interactions
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Interactions
Gravitation ...
23
Particules de matière
charge électrique
interaction forte
e
Découverte du quark t (1995)
Désintégration du neutron
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Particules messagères

• Comment expliquer les masses ?
• Pourquoi trois interactions ?
• Pourquoi trois familles ?

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Une possibilité les cordes
Élément corde

• Particules mode de vibration
• (matière ou messagère)
• Masse fréquence de lharmonique

Bonus interaction gravitationnelle !
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Cordes et monde réel

• 10 dimensions et non pas 4
• les particules et interactions ne sont pas
• exactement celles observées

Rendre 6 dimensions très petites
Le choix est vaste !
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Conclusion
Particules élémentaires (aujourdhui)
Chimie
Atomes
électrons
neutrons protons
quarks u, d
- matière - interactions
Autres particules
Aller au delà une possibilité, les cordes ?
Décider entre ces possibilités besoin
dinformations
accélérateurs de particules (LHC au CERN,
2007) données cosmologiques