Q2.CARACTÉRISTIQUES des PARTICULES

-baryons

Un baryon est une particule de la famille des Fermions-hadrons répondant au principe de Pauli

Les baryons ont un spin multiple de 1/2. Leur couleur est mixée. Ils sont composés de 3 quarks et ils ont une masse en moyenne de 2.10-27 kg

Ils ont une énergie en moyenne de 1000 eV

Ils dépendent de la force forte, de la force faible, de la gravitation et de l'électromagnétisme (ici sauf les baryons neutres)

Leur liste : neutron, proton, antiproton, nucléon excité Λ,

Ξ(chargé -), Ξ (chargé +), Ξ(neutre), grand Ω, Δ, N, charmé Σc,

charmés ΞcΛc,  Ωc, hypéron bottom Λb

Le nombre quantique qui leur est affecté est le nombre baryonique B . 

Leur énergie globale (totale) représente environ 4 % du total de l'énergie de l'univers

Baryonique est un adjectif qui signifie "appartenant à la famille des baryons"

La matière (la masse) est baryonique car est constituée de baryons

   Copyright Formules-physique ©

-bosons

Les bosons  sont les particules à spin entier (donc pouvant se superposer, bien qu'ayant un même état quantique)  On en distingue 2 familles :

1.LES BOSONS-HADRONS

-d'une part les mésons non chargés

(quarkonium, bosons η, ω, Φ, et divers neutres comme kaon, pion, etc)

Ils sont composés de (quarks + antiquarks) et possèdent:

-une masse (donc sensibles à la force de gravitation)

-plusieurs couleurs (donc sensibles à la force forte)

-une saveur (donc sensibles à la force faible)

-0 charge électrique (donc insensibles à la force électromagnétique)

-d'autre part les mésons chargés

(pion, B, Δs, kaon chargé + ou kaon chargé -, etc)

Ils sont composés de quarks + antiquarks) et comportent:

-1 masse (donc sensibles à la force de gravitation)

-2, 3 ou 4 couleurs (donc sensibles à la force forte)

-1 saveur (donc sensibles à la force faible)

-1 charge électrique (donc sensibles à la force électromagnétique)

voir leurs caractéristiques détaillées dans le tableau (PARTICULES) en exergue 

 

2.LES BOSONS-VÉHICULES (ou MÉDIATEURS)  sont les transporteurs d'énergie, permettant à une particule induite d'interagir, à distance, avec une autre particule induite similaire.

Il y a quatre modèles de bosons-véhicules >>>

-les photons  servent aux interactions entre 2 charges électriques induites Q

-les gluons  servent aux interactions entre 2 couleurs induites Q'

-les gravitons servent aux interactions entre 2 masses induites m

-le boson de BEHHGK (ex boson de Higgs, dit aussi boson scalaire) et les bosons (W+),(W-),(Z°) servent aux interactions entre 2 saveurs K

Le boson de BEHHGK a une masse de 126 Mev/c² (soit 2,2.10-28 kg) et, dés son apparition, il se désintègre en diverses particules, dont l'un des trois autres bosons massiques ci-après (ses enfants" pourrait-on dire) dénommés W+ (parce qu'élec-triquement positif), W- (parce qu'électriquement négatif) et Z0 (parce qu'électriquement neutre)

Ils ont évidemment chacun unes masse moindre que le BEHHGK (80,4 Mev/c² pour les W et 91,2 Mev/c²  pour le Z)

Ce sont W & Z qui vont assurer le support de la force d'interaction faible entre les saveurs (masses magnétiques ampériennes) K

Le boson de Higgs (ou de BEHHGK) cause (et transmet) la qualité de briser la symétrie massique de la particule sur laquelle va s'installer la saveur qu'il a induite. Ladite particule porteuse  sera donc plus lourde que le laissait penser sa base massique originelle

La relation entre deux des charges induites de même nature ci-dessus, est toujours exprimée par la loi de Newton-Coulomb:

--en  gravitation (ce sont deux masses)  >> F = m1.m2.G.(1 + αg) / Ω.l²

(1 + αg ) est le coefficient de couplage, où l’on distingue la constante de couplage αg qui vaut # 10-39 à 40 (valeur variable selon la taille des constituants massiques)

m1 et 2 sont les masses qui interagissent, situées à une distance l l'une de l'autre et G est la constante de gravitation,

--en interaction forte, ce sont deux couleurs

on a F = Q’f1.Q’f2.Y(1 + αF) / Ω.l²

F(N)= force de liaison qui se crée par le truchement des bosons -véhicules gluons échangés entre Q’f1 et Q’f2 (m-kg/s) qui sont des couleurs interactives, Y   est le facteur de Yukawa (le facteur de milieu pour la gravitation conjointe) et αF est la constante de couplage de la force forte

--pour les charges électriques, on a F = Q1.Q2.ζ’(1 + αé) / Ω.l²

F(N)= force de liaison qui se crée par le truchement du photon-véhicule échangé entre Q1 et Q2 ,les charges électriques interactives, ζ’ est l’inductivité (le facteur de milieu pour l’électricité) αé est la constante de couplage de l’électricité (structure fine) et

Ω(sr)= angle solide dans lequel s’exerce l’interaction

--pour l’interaction faible (entre deux saveurs) , on a

F = K1.K2.μ(1 + αm) / Ω.l²

F(N)= force de liaison qui se crée par le truchement des bosons -véhicules Higgs (BEHHGK), W ou échangés entre K1.et K2(A-m) qui sont des masses magnétiquesμ  est la perméabilité magn. (le facteur de milieu pour le magnétisme) αm est la constante de couplage du magnétisme et Ω(sr) est, comme toujours, l’angle solide dans lequel s’exerce l’interaction

   Copyright Formules-physique ©

-distribution de particules

On utilise surtout les 3 types de distribution ci-après >>>

LA DISTRIBUTION de BOSE-EINSTEIN

Elle concerne le nombre de bosons, hors interaction, dans un état énergétique donné Eu

n= (2S+1) / (expx-1)

avec S= nombre quantique de spin et (2S +1) étant nommé facteur pondéral

x(exposant)= rapport énergétique = (Eu - Eh) / k.T

Eu(J)= état énergétique considéré

Eh(J)= énergie de potentiel chimique

k(J/K)= constante de Boltzmann (1,3806503. 10-23 J / K)

T(K)= température absolue

 

LA DISTRIBUTION de FERMI

Elle concerne les fermions, hors interaction, dans un état énergétique donné Eu

= (2S +1) / (expx+1) avec mêmes notations que ci-dessus

 

LA DISTRIBUTION PAR PAIRES

La formule de la compressibilité (en notion particulaire) comporte un coefficient statistique w (dit "fonction de distribution de paires") tel que:

(k.T.np.bt) = V + [4.n.(w-1).l².dl²]

où le terme de gauche représente la contribution de l’agitation thermique et le terme de droite représente la contribution d’interaction des molécules

k(J/K)= constante de Boltzmann (1,3806503. 10-23 J / K)

T (K)= température constante

np = nombre moyen de particules incluses dans le volume V(m3)

w(nombre)= distribution moyenne des orientations de molécules

w est dénommée "fonction de distribution de paires", c’est à dire la probabilité de trouver une seconde particule à distance l de la première

   Copyright Formules-physique ©

-électron (généralités)

 

L'électron est parfois nommé ''négaton''

CARACTÉRISTIQUES de L'ÉLECTRON

Les valeurs chiffrées ci-après, en unités S.I.+ donnent les caractéristiques de l'électron (éventuellement autres unités entre parenthèses)

-angle solide dans lequel il évolue usuellement : Ω= 4 sr, soit 12,566 370 6 sr

-charge électrique -élémentaire- (e) = 1,602 176 462.10-19C (ou 4,803.10-10e.s.u)

-constante de couplage (de structure fine) concernant sa fonction électrique

(αé) = 7,297 635 253 3.10-3

-durée moyenne de vie (t) > 1035 s (il est quasi éternel !)

-énergie d’ionisation (ou de liaison) (Ei) = 2,17.10-18 J

(ou 13,545 eV)

-énergie potentielle (Ep) = 8,19.10-14 J

-facteur de Landé (facteur gyromagnétique type 2) = 2,002319

-fréquence de balayage (νé) # 1016 Hz (rotation autour de l’atome d’hydrogène)

-fréquence intrinséque (νi = mc² / h = 1,236.1020 Hz (rotation de l'électron sur lui-même)

-HAMILTONIEN d’un électron soumis à un champ d’induction magnétique B(perpendiculaire), = [Q’² + (Q’+ l.m.ν)²] / 2m

H(J)= HAMILTONIEN, Q’(kg-m/s)= quantité de mouvement de l’électron,

l(m)= distance, m(kg)= masse et ν(Hz)= fréquence

-longueur de Compton (lC) = 2,4263.10-12mètre

-magnéton -ou moment magnétique angulaire-

(μ'é) = 9,2740154.10-24J/T-rad (ou 5,795094.10-33 eV / T-rad)

-masse (mé ) = 9,109 381 887.10-31 kg (= 5,109990.10-1 MeV/c²)

 

Un électron est ~ 1000 fois moins lourd qu'un quark

 

-moment cinétique (h/2) = 5,272 857 984.10-35J-s/sr (donc nombre quantique J = 1/2)

-moment électrique dipolaire (Mé) = 3.10-48 C-m (= 2.10-27e-cm)

-moment magnétique propre Mg (dipolaire) = 9,28477.10-34 A-m²

-permittivité dans laquelle il évolue--le vide--

(ε0 = 8,854 187 817.10-12 F/m-sr)

-rapport gyromagnétique (γ'é) = 1,758 820 174.1011 C/kg

-rayon de l'électron

Les diverses implications de l'électron aboutissent à des valeurs très divergentes pour ses dimensions :

1. le rayon dit standard de l'électron est  (lé) = e² / Ω.ε.mé.c²

où lé(m)= rayon de l’électron, possédant par ailleurs une masse mé(kg) et une charge e(C), avec c (m/s)= constante d'Einstein(2,99792458 .108 m/s) , ε(F/m-sr)= constante diélectrique et Ω(sr)= angle solide où se transmettent les interactions (en général Ω est l’espace entier, soit 4 sr pour le système S.I.+)

La valeur "standard" du rayon de l'électron issue de cette formule

est 2,817 940 285.10-15 m

2. le rayon logique de l'électron est cependant limité par sa rotation, car comme il tourne sur lui-même à 1,236.1020 Hz et comme ses parties externes ne peuvent tourner à une vitesse supérieure à celle de la lumière, on est obligé de limiter son rayon à

lC = c / 2.(1,236.1020)  soit = 3,861.10-13 m.

On nomme cette valeur longueur de Compton lC (que certains prétendent à tort être 2  fois plus forte, comme s'il ne tournait pas !)

3. le diamètre théorique de l'électron, issu du calcul du quantum d'action donne comme limite de longueur un rayon  lr # 2.10-12 m

4. toutefois le rayon "réel" de l'électron est évalué à beaucoup moins (10-18 à 20 m), ce qui tient compte des particules fugaces sans cesse créées à sa proximité et qui le perturbent en "l'écrasant"

-vitesse de l'électron (c) = 2,997 924 58 .108m/s (dans le vide)

 

TYPES DE CAPTURE d'ÉLECTRON

-capture orbitale: l’électron orbital est capturé par le noyau (d’où transformation du positron récepteur β+ en neutron n)

-capture K: cas particulier d’électron capturé sur la couche K (il laisse un Trou, avec émission de rayon X)

-capture d'un proton p qui devient neutron n (sans émission) ce qui est un mode de désintégration

(les 4 autres modes de désintégration étant :

α (noyau d’He) β- (électron) β+(positron) γ(photon)

   Copyright Formules-physique ©

-électron libre

ÉLECTRONS LIBRES DANS LES SOLIDES

Dans les solides, les électrons libres sont très nombreux (exemple des corps conducteurs, comme les métaux - qui en ont jusqu'à 1028/ m3)

-densité électronique

Pour des charges (des électrons) circulant dans une plaque conductrice, leur densité est fonction de l’effet Hall :

h*= 1 / b*H.e       et   =  ρ*.B.ll.b*

avec h*v(nb/m3)= nombre volumique de porteurs de charges (donc densité volumique électronique)

b*H(m3/C)= constante de Hall

ll(m)= largeur de la plaque dans laquelle circulent les électrons

U(V)= différence de potentiel entre faces de la plaque

B(T)= champ d’induction magnétique (normal à la plaque)

r*(A/m²)= densité superficielle de courant

-mobilité des électrons

Cas particulier de mobilité des charges, expliquant la conductivité

Equation aux dimensions  : M-1.T2.I        Symbole  ♣        Unité S.I.+ = Tesla-1(T-1)

 = e.t / mé

avec (T-1)= mobilité d’un électron portant charge élémentaire e(C)

mé(kg)= masse d'électron (9,109.10-31 kg)

t(s)= temps du transit

-vitesse d'un électron

Le déplacement des électrons dans un réseau cristallin se fait à une vitesse :

v = (1 / h).dE / dJn)

où v(m/s)= vitesse moyenne de déplacement d’électron

h(J-s)= constante de Planck (6,62606876.10-34J-s)

E(J)= énergie de l’électron)

Jn(m-1)= NOMBRE d’ondes

-masse effective d’un électron dans un solide

C’est la masse corrigée en fonction de la variation énergétique

m=  h².d ω² / dE²

avec me(kg)= masse effective d'électron

h = moment cinétique quantifié, ou Dirac h, ou"constante de Planck réduite"

(= 1,054.10-34J-s/rad)

ω(rad/s)= vitesse angulaire d’électron

E(J)= variation énergétique de l’électron qui est telle que dE / dJ = v.h

v(m/s)= vitesse de groupe et J(m-1)= nombre d’onde

 

ÉLECTRONS LIBRES dans les GAZ

Ils dépendent des paramètres de Fermi

Etat fondamental = état de particule ayant la plus basse énergie (donc stable)

   Copyright Formules-physique ©

-électron lié

RÔLES des ÉLECTRONS liés à L’ATOME

-orbites

Les électrons d'un atome sont disposés sur des orbites autour du noyau, chaque orbite acceptant un certain nombre d'électrons avec un maximum noté ci-après

la 1°couche K(2) -la 2°couche L(8) -la 3°couche M(18) -les 4°,5°,6°,7° couches dites N,O,P,Q (32 chacune)

Un électron qui reste sur son orbite a une énergie stationnaire

Un électron qui reçoit un choc d'une autre particule est excité (pendant un temps de l'ordre de 10-7s) et passe sur une orbite plus externe et plus énergétique

Un électron qui se désexcite retombe sur 1 orbite plus interne et produit un photon

-caractéristiques des électons liés

Il y a quatre nombres quantiques les concernant sur orbites >>> (n) le principal, (m) le magnétique, (l) l'azimutal et (s) le spin

Le nombre d’occupation est le nombre d’électrons installés dans une bande d’énergie donnée

Noms des électrons de liaison (appellations spécifiques, pour différentier leur rôle dans une liaison)

Exemple de la chimie carbonnée >> On a des électron pi (liaison simple) ou électron sigma (liaison double)

Capture d’électron

S'il y a capture nucléale: l’électron orbital est capturé par le noyau (d’où transformation du positron récepteur en neutron)

S'il y a capture K, c'est un cas particulier d’électron capturé qui est sur la couche K (il laisse un Trou, avec émission X)

-distance entre électron et noyau

Le cas le plus simple est celui de l'hydrogène (1 seul électron et un seul proton) Leur éloignement, dit rayon de Bohr (lB), exprimé ci-après en m est :

lB = h².ε0.Ω / mé.e

h est la constante de Planck, ε0 la permittivité du vide, Ω(sr) l'angle solide, m(kg) la masse de l'électron et e (C) la charge élémentaire

Le calcul donne 5,29.10-11 m

 

Le rayon de Bohr correspond à la taille de l'atome d'hydrogène dans son état fondamental (à énergie minimale)

 

-densité d'électrons liés

pour un corps simple, il y a entre 1 et 25.1028 électrons liés par mètre cube du corps

 

ENERGIE des ELECTRONS LIES

-l'énergie potentielle Ep effective d’un électron est variable avec sa position par rapport au noyau auquel il est géographiquemet lié:

 

Le niveau d’énergie potentielle des électrons a une probabilité moyenne (soit 50%) d'être quelconque, mais à distance très grande du noyau (sur la couche externe, dite "de valence"): Ep est maximale, puis en se rapprochant, elle décroît jusqu’à un minimum et à proximité du noyau, elle re-croît rapidement.

A l’inverse, la force de liaison entre électron et noyau est inversement proportionnelle au carré de sa distance (loi de Coulomb)

Potentiel normal

En= Z.e² / Ω.ε.l

où En(J)= potentiel (énergétique) coulombien

Z= numéro atomique de l'élément en cause

e(C)= charge élémentaire(1,6021733.10-19 C)

Ω(sr)= angle solide où se déroule l’interaction(4pi sr si c’est l’espace entier et si le système d’unités a le sr comme unité d’angle)

l(m)= distance de l’électron au centre de l’atome

ε(F/m-sr)= constante diélectrique locale

Potentiel centrifuge:

C'est un potentiel complémentaire au précédent, dû à la force centrifuge, pour un électron à fort moment cinétique (il y a augmentation du rayon de l’orbite) :

Ej = h².L(L+1) / mé.lr²

Ej(J)= potentiel (énergétique) centrifuge

h(J-s)= constante de Planck (6,62606876.10-34 J-s)

L = nombre quantique orbital

mé(kg)= masse de l’électron

lr(m)= rayon de l’orbite

Potentiel central effectif :c'est le potentiel combiné des 2 potentiels ci-dessus (En +Ej )

 

Effet d'éloignement (ou écrantage)

Les électrons périphériques, reçoivent incomplètement le champ du noyau, car ce dernier est occulté par les électrons de couches intermédiaires (la variation va de 1 à 6%)

Effets énergétiques de voisinage sur un électron

L'électron d'un atome subit des effets de la part du noyau, puis de la part des autres électrons des couches, puis de la part des atomes voisins

L'ensemble de ces effets est le HAMILTONIEN H et sa décomposition en ses divers effets est donnée par l'équation de Hartree-Fock

= E1+ E2- E3- E     où les E sont des énergies (E1 = énergie électrostatique entre électron et noyau-- E2 = énergie coulombienne entre les divers électrons--

E3 = énergie cinétique de l'électron-- E4 = énergie d'antisymétrie)

 

-calcul de l’énergie

L'énergie est fonction du niveau n de la couche électronique sur laquelle est l’électron dans l’atome

La formule de Balmer généralisée donne le NOMBRE d'onde, qui intervient pour le calcul énergétique >>>

J= RH.Z² [1 / na² -1 / nb² -... - 1 / nm2]

où Jn(m-1)= NOMBRE d’ondes (nombre de raies par unité de longueur d’onde)

RH(m-1)= constante de Rydberg

1 / na² ...etc. sont les "coefficients spectraux" où (na.....nm) sont les nombres entiers, qui vont en croissant de a  à m dans l’analyse spectrale d’un corps)

Énergie de Fermi" -ou "niveau de Fermi"-.

Pour un solide supposé idéal et à température T= 0° K, c'est l’énergie devenant la plus élevée parmi les niveaux d’énergies possibles que puisse prendre au moins l’une des corpuscules faisant partie de l’ensemble des particules subatomiques du solide

On trouve souvent les périphrases suivantes pour le niveau de Fermi (qui sont des synonymes inutilement compliqués) : - potentiel d’énergie cinétique des fermions--baryons à très basse température-- potentiel électrochimique--potentiel électronique de Fermi--...

Bande énergétique

Zone d’énergie concernant les électrons dans un atome (bande de conduction, de valence...)

-les bandes d’énergie correspondent à chaque famille d'électrons d’un atome occupant telle situation énergétique (et plus ils sont externes, plus leur énergie est grande).

La bande de conduction par exemple, est celle la plus extérieure et donc la plus énergétique

Ces "bandes" peuvent être des bandes permises (successivement: les orbites saturées, puis la couche de valence supérieure, puis la bande de conduction extérieure)

Mais elles sont séparées par des bandes interdites (dites aussi gap), sises à une distance (énergétique) plus ou moins grande et qui seront franchies quand l’énergie de l’électron sera suffisante (grâce à variation de température, ou à action d’un agent externe)

Au fur et à mesure que les bandes se saturent, elles complètent ultérieurement les suivantes qui étaient incomplètes ou vides.Ceci se fait en fonction de la situation du niveau énergétique de Fermi (le plus élevé possible) disponible dans une ou autre bande

-dans un ISOLANT, l'espace énergétique entre la bande de valence et celle de convection est grand

-dans un SEMI-CONDUCTEUR, cet espace est réduit

-dans un SEMI-METAL (métal mauvais conducteur), cet espace est très réduit et proche d’une bande permise

-dans un CONDUCTEUR, cet espace est nul (il y a même quasi-chevauchement entre bandes)

 

Energie cinétique d'un électron lié

C'est E = h.ν -Ea

où h = constante de ¨Planck ; ν (H)= fréquence de radiation et Ea (J) = énergie que l'électron dépense pour s'extraire de son atome

VITESSE des ÉLECTRONS LIÉS

La vitesse linéaire d'un électron orbital qui tourne autour du noyau est v = h / θ.mé. lr

avec h = constante de Planck, θ(rad) l'angle de rotation (ici 2 pi, car rotation totale) , mé(kg) la masse de l'électron et lr le rayon de son orbite

 

 

RADICAUX LIBRES

 

Quand un ou plusieurs électrons de couche externe d'une molécule n'est (ne sont) pas apparié(s), on dit qu'il y a création d'un radical libre.

 

Les radicaux libres usuels sont des péroxyde, carbonyle, hydroxyle...

 

   Copyright Formules-physique ©

-fermions

Un fermion est une particule élémentaire ayant un spin multiple impair de 1/2 et qui ne peut occuper la même place que ses sœurs quand elles ont le même état quantique.

PREMIÈRE FAMILLE de FERMIONS

Ce sont des fermions de base (particules élémentaires) de spin = 1/2

Les quarks : un quark a une impossibilité de vivre seul (association nécessaire avec autres quark ou antiquark)

Le quark a 1 masse, donc est sensible à la force de gravitation

il a 1 couleur, donc sensible à la force forte

il a 1 saveur, donc sensible à la force faible

il a 1 charge électrique (-1/3 ou +2/3 ), donc sensible à la force électrique

Les leptons non chargés (neutrinos et antineutrinos), ayant :

une masse quasi nulle, sont donc quasiment insensibles à la force de gravitation

ils ont couleur, donc insensibles à la force forte

ils ontsaveur, donc sensibles à la force faible

ils ont 0 charge électrique, donc insensibles à la force électrique

Les leptons chargés (électron, muon, tauon, dit aussi "lepton lourd"), ayant :

1 masse, sont sensibles à la force de gravitation

ils ont couleur, donc insensibles à la force forte

ils ont saveur, donc sensibles à la force faible

ils ont 1 charge électrique, donc sensibles à la force électromagnétique

 

SECONDE FAMILLE de FERMIONS

Ce sont des fermions composites de spin = (1/2),(3/2),etc   dont :

Les fermions-hadrons dits Baryons non chargés (neutron, hypéron, nucléons ksi et σ neutres) (composés de 3 quarks) et ayant:

Ils ont 1 masse, donc sensibles à la force de gravitation

Ils ont couleurs, donc sensibles à la force forte

ils ont saveur, donc sensibles à la force faible

ils ont 0 charge électrique, donc insensibles à la force électrique

Les fermions-hadrons dits Baryons chargés(proton,antiproton,Σ et Ξ chargés, Ω, Δ, ω, N+,σ, λ, ξ)

Ils sont composés de 3 quarks et ont :

1 masse, donc sensibles à la force de gravitation

3 couleurs, donc sensibles à la force forte

1 saveur, donc sensibles à la force faible

1 charge électrique, donc sensibles à la force électromagnétique

Voir leurs caractéristiques dans le tableau en annexe "Particules"

s"

   Copyright Formules-physique ©

-gluons

La théorie quantique des champs a pour but d'expliquer toutes les interactions, à l'aide de relations entre les particules élémentaires. D'où la nécessité d'instituer des champs de forces et de prendre en compte les caractères quantiques des particules.

L'interaction forte se doit donc d'être explicable ainsi : :

 

une particule induite (une couleur) interagit avec l'une de ses consoeurs (autre couleur) grâce à l'intermédiaire d'une particule (un médiateur, nommé gluon) qui déclenche une force d'attraction entre elles

 

D'autres médiateurs sont d'ailleurs connus pour jouer un rôle similaire dans les autres types d'interactions (le photon pour les interactions électriques, le boson de Higgs (dit de BEHHGK) pour les interactions magnétiques et le graviton pour la gravitation)

 

Le gluon (symbolisé g) a une masse de l'ordre de 10-53 kg et ses Nombres quantiques  sont S(0) J(1 -)

Le gluon induit 8 arrangements de couleurs sur la particule induite

 

Il a une durée de vie moyenne de 10-23 seconde

   Copyright Formules-physique ©

-graviton

La théorie quantique des champs a pour but d'expliquer toutes les interactions, à l'aide de relations entre les particules élémentaires. D'où la nécessité d'instituer des champs de forces et de prendre en compte les caractères quantiques des particules.

L'interaction classique de gravitation y est expliquée ainsi :

 

une particule induite (une masse) interagit avec l'une de ses consoeurs (autre masse) grâce à l'intermédiaire d'une particule (un médiateur, nommé graviton) qui déclenche une force d'attraction entre elles

Le graviton est, bien sûr, à la fois corpuscule et onde

 

Trois autres médiateurs ont par ailleurs, des rôles similaires dans les autres types d'interactions que sont :

-l'interaction électrique (le médiateur est alors le photon)

-l'interaction faible -magnétique- (le médiateur est alors le boson BEHHGK)

-l'interaction forte (le médiateur est alors le gluon)

 

Le graviton n'est cependant pas encore trop bien défini, car les mesures de ses caractéristiques ne sont pas perceptibles par nos appareillages actuels, insuffisamment performants.On commence toutefois à percevoir ses caractéristiques ondulatoires, puisqu'on a mesuré des ondes gravitationnelles en provenance de zones de l'espace énergétiquement très troublées.

 

Le graviton a une masse inférieure à 10-52 kg et un spin égal à 2

   Copyright Formules-physique ©

-hadrons

Il y a environ 350 hadrons formant une famille de particules comportant les fermions (baryons) et les bosons (mésons)

Leur taille est de l'ordre de 10-16 à -17 mètre.

Ils suivent le principe d'exclusion de Pauli

Voir leurs caractéristiques sur tableau en annexe "Particules"

L'hypercharge, pour les hadrons, est :

Yf = B + nombre quantique d'une caractéristique principale du quark en cause (à savoir l'étrangeté)

 

B étant le nombre quantique baryonique

 

   Copyright Formules-physique ©

-hyperon

L'hypéron est un baryon dont les caractéristiques sont :

Symbole de particule : Λb

Composition : 3 quarks udb

Charge électrique 0

Nombres quantiques S(0) J(1/2+)

Couleur : mixée

Sensible aux interactions faible, forte, gravitationnelle et électromagnétique

Masse 10-26 kg, soit (5624 à 5628) MeV/c²

   Copyright Formules-physique ©

-ions et ionisation

L'ionisation est le résultat d’une modification du nombre d’électrons dans un atome (ou 1 molécule) qui était initialement électriquement neutre

Par exemple, il y a ionisation par la perte d’un électron de valence (car ce dernier a acquis une énergie plus forte, grâce à un photon ou une hausse de chaleur) 

ION

Quand la charge de l’atome ou de la molécule initialement neutre a changé (naturellement ou artificiellement), on a désormais :

-soit un ion positif (ou cation)= atome en manque d’électron

-soit un ion négatif (ou anion)= atome à excès d’électron

Les corps simples ont tous la possibilité de fournir des ions, ayant une charge comprise entre -4 et +7 (chiffre qui représente les électrons perdus/gagnés)

-dimension des ions: leur rayon est compris entre 4 et 40.10-11 m

-vitesse des ions dans un gaz ou un électrolyte

v = ¥.E

avec v(m/s)= vitesse d'ions se déplaçant dans un gaz sous un

champ d’induction électrique E(V/m)

¥(A-s²/kg)= mobilité des ions

-durée de vie des ions

t = 1 / h*v .Qr

t(s)= durée de vie des ions

h*v(particules/m3)= = densité volumique ionique

Qr(m3/s-part)= débit d’ions recombinés (dit parfois coefficient de recombinaison)

-mobilité d'ions(en Tesla-1) dans l'air et à pression normale: c'est l'équivalent d'une dose d'exposition pendant un certain temps

Mobilité pour des ions positifs: air sec(1,3.10-2)--air humide(1,5.10-2)--CO²(0,8.10-2)

et pour les ions négatifs environ 20% de plus

 

IONISATION

C’est la modification d’un atome -ou molécule- entraînant modification du nombre d'électrons.On dit alors parfois "atome ou molécule ionique"

Pour un atome qui perd des électrons, on distingue un classement, selon la facilité d’extraction électronique: on dit Première ionisation pour un 1° électron arraché (en général sur une couche externe), puis Seconde,Troisième ionisation..., etc  pour les arrachements ultérieurs, plus profonds donc plus difficiles

Ionisation dans un plasma >>> voir chapitre Plasma

 

-causes ionisantes (pouvant faire apparaître un ion à partir d’un élément électriquement neutre): ce sont les rayons de forte énergie (X, gamma...),ou certaines particules élémentaires (radioactivité), ou les décharges électriques (potentiel disruptif entre électrodes).

Toute particule chargée est possiblement ionisable.

 

-énergie d’ionisation -dite parfois "potentiel énergétique d'ionisation" et dite aussi "travail de sortie"-

C'est l’énergie qu’il est nécessaire d’apporter pour un arrachement d’électron, sans communiquer d’énergie cinétique à l’atome

Ei = Z2.e4.m / (h.ε0.Ω.n) 2

où Ei(J)= énergie d’ionisation pour l’électron d’un corps de numéro atomique Z

e(C)= charge électrique élémentaire

m(kg)= masse de l’atome

h (J-s)= action quantum (constante de Planck = 6,62606876.10-34 J-s)

ε0(F/m-sr)= permittivité du vide (8,854187817.10-12 F/ m)

Ω(sr)= angle solide d’ambiance (4pi sr si c’est l’espace entier et si le système d’unités a le stéradian comme unité d’angle)

n(nombre)= numéro de l’orbite électronique où est l’électron

Pour les corps simples, les valeurs de Ei oscillent autour de 8 eV,avec des extrêmes allant de 3 eV (pour le francium ) à une quinzaine d'eV pour les gaz rares(car ils ont forte stabilité, due à l’ancrage de leurs électrons) et jusqu'à 25 eV (pour l’hélium,qui est le plus stable)

Pour les corps composés bio (à base de H,O,N,halogènes) les valeurs sont environ de

10 (+ ou - 4)eV    Rappel: 1 eV =1,602.10-19 Joule

Le photon qui a apporté cette énergie d’ionisation, apporte en sus une autre partie d’énergie qui lance l’électron à une vitesse v en lui conférant une énergie cinétique

(m.v²/2) = 1/2 énergie potentielle moyenne d’attraction

 

-potentiel d’ionisation = potentiel électrique nécessaire pour obtenir une énergie d’ionisation d'un corps (souvent un gaz)

= Ei.e

avec U(V)= potentiel d’ionisation

Ei(J)= énergie d’ionisation

e(C)= charge élémentaire (1,6021733.10-19 C)

La résistance électrique R du gaz étant variable :

--si l’on a un U faible, on est conforme à la loi d’Ohm = R.i (avec R = l / s‘.S  où l est la distance entre électrodes, S la surface des électrodes et s' la conductivité électrique du gaz) Alors l’ionisation est partielle et il y a des recombinaisons

--pour U plus élevé, il n‘y a plus de loi d’Ohm, R est constante et l’ionisation est totale, sans recombinaison

--pour U encore plus élevé, il y a ionisation complémentaire due aux chocs entre atomes, suite à l’augmentation de leur énergie cinétique

 

-pouvoir ionisant (ou irradiant)

Il caractérise l’apparition (émission) d’ions dans un milieu où se transmet (c'est à dire "est soumis à") un rayonnement

Le pouvoir ionisant des ions-particules est 103 plus fort que celui des électrons d'énergie identique

Ce pouvoir est yi ( sans dimension), pourcentage de puissance émise, comparée à celle d'un émetteur idéal  avec   yi = P/ Pi

où Pa = puissance (flux) reçu et à fonction ionisante d'un rayonnement émis par la source

Pi = puissance lumineuse émise du corps noir équivalent, dans les mêmes conditions

 

-taux d'ionisation: c'est le pourcentage d'ions dans un ensemble particulaire

 

-décharges d’ionisation: quand une différence de potentiel électrique est présente entre 2 électrodes baignant dans un gaz, à partir d’une certaine valeur (disruptive), il y a ionisation brusque, dite décharge

-pour une densité sup de courant ρ* < à 10-10 A/m², il peut y avoir une décharge obscure

-pour ρ* allant de 10-9 jusqu’à 10-4 A/m², il y a décharge lumineuse

-pour ρ* supérieur à 10-7 A/m², il y a décharge à arc (l’intensité présente un pic lumineux)

Les décharges en tube agissant sur une couche (sensible aux électrons) , pré-déposée dans le tube, créent une luminescence

 

-ionisation atmosphérique

Les décharges orageuses interviennent dès qu'un champ électrique naturel atteint au moins (105) V/m

Les ions légers côtoient dans l'atmosphère des ions lourds (plus rares) et les conditions ambiantes modifient profondément la distribution des ions dans l'atmosphère.

Dans un cm3 d’air normal, il y a # 2,8.1019 molécules, mais il n’y en a qu'une partie sous forme d'ions (créés par les rayons électromagnétiques en provenance de l’espace)

-un facteur de changement de distribution ionique est l'altitude (essentiellement pour les petits ions) car tous les 2 m d'élévation, on a 1 ion/cm3, en plus.

-un autre facteur de variation distributive est la qualité du support terrestre >>

sur l'océan, on a une moyenne de 1000 ions/cm3 (avec mini de 1 et maxi de 40.000), avec beaucoup d'ions légers

sur les terres, on a en moyenne 10.000 ions/cm3 (avec mini de 200 et maxi de 300.000)

dans les villes, on a en moyenne 100.000 ions/cm3 (avec mini de 1.000 et maxi de 4.000.000) avec peu d'ions légers

Les ions négatifs légers ont une prépondérance faste sur la santé

 

-ionosphère

L'ionosphère est la zone située entre # 70 et 600 km d'altitude autour de la Terre et qui comporte une bonne quantité d'ions positifs.Elle forme, avec la Terre chargée négativement, un énorme condensateur de capacité # 10-4 Farad avec création d'un champ électrique E de l'ordre de 200 V/m qui varie (oscillle)

La résonance entre ce champ et le champ terrestre établit une fréquence de résonance fd'environ 8 Hertz qui varie au cours des temps (elle a tendance à augmenter)

On la dénomme fréquence de résonance de Schuman

 

RECOMBINAISON IONIQUE

C'est le contraire de l’ionisation -donc c'est une recomposition d’atomes ou molécules, à partir d’ions (+) et d’électrons(-), souvent sous impact de la température-

Q= 1 / h*v.t

avec Qr(m3/s-part)= débit d’ions recombinés (dit parfois coefficient de recombinaison)

t(s)= durée de vie des ions

h*v(particules/m3)= densité volumique ionique

380.000 ans après le Big bang, il y eut une recombinaison.Les électrons et protons qui coexistaient auparavant en un plasma originel, se combinèrent pour la première fois et les photons purent alors sortir. Certains estiment que ce fut là la création du temps, puisque sans photons, on ne pouvait pas, auparavant ''voir'' la modification du monde (et le temps est, par définition, la perception du changement)

SPECTROGRAPHE DE MASSE

C'est un appareil produisant des ions issus d'un corps échantillon et qui les sépare, les détecte et les compte

La séparation se fait grâce aux (potentiel et champ) d'induction électriques

m / = / v²

avec m(kg)= masse de l'ion de charge Q(C)

U(V)= potentiel électrique d'induction auquel sont soumis les ions

v(m/s)= vitesse de l'ion

   Copyright Formules-physique ©