FORMULES de PHYSIQUE
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nombres QUANTIQUES
-nombres quantiques
nombres QUANTIQUES -LEUR NÉCESSITÉ-
Chaque particule est dotée de plusieurs qualités (propriétés) et pour les cerner plus précisément, on en définit certaines valeurs discrètes, dites nombres quantiques (sans dimension) qui expriment -chacun- une valeur chiffrée de l’une desdites propriétés
Comme il s'agit de particules, certaines propriétés sont quantifiées, c’est à dire qu’elles s'expriment exclusivement par un nombre entier de quanta
Comme un nombre de quanta est un nombre entier, les nombres quantiques devraient avoir des valeurs entières
Sauf que les Physiciens ont compliqué le choix d'unité de moment cinétique, pour y faire apparaître un facteur (½) >> en effet le moment cinétique (de spin) est normalement exprimable en h/4p stéradians (car il implique une action pour une rotation dans l'espace). Mais comme l'unité (h) est la constante de Planck (fonction de 2p) il y a ausitôt apparition du coefficient numérique 2p/ 4p = 1/2 Donc, par le seul fait d’un choix d'unités, on voit apparaître un facteur 1/2, surgissant abusivement dans les valeurs des nombres quantiques
Les nombres quantiques sont symbolisés par des lettres italiques majuscules (mais bien sûr, quelques indépendants les notent en minuscules !)
Les plus usuels sont cependant B, I, J, L, M, N, S, V selon détail ci-dessous:
Le nombre QUANTIQUE PRINCIPAL N
Il concerne la valeur (sous forme de nombre entier > 0) de l’énergie d’un atome (cette énergie étant une notion utilisée dans le spectre)
Le nombre quantique radial Nr (cas particulier de ci-dessus) concerne (sous forme de valeur entière positive) le nombre de valeurs nulles dans la fonction d’onde radiale de la particule
LES nombres QUANTIQUES DE MOMENT CINÉTIQUE
L, dit orbital convient au moment cinétique orbital.
C’est un entier > 0 et < N (le nb. quantique principal)
Le moment orbital a de nombreuses valeurs car, pour une particule complexe, il y a de nombreuses couches d'électrons qui ont leur propre incidence sur leurs voisines et donc le moment secondaire est affublé de composantes –dites aiguë, principale, fondamentale, diffuse, etc...)
S, nombre quantique dit "de spin" est le nombre du moment cinétique intrinsèque
S est un nombre de demi-entiers (> 0 ou < 0 ou = 0)
J est le nombre quantique total, concernant le moment cinétique global
Pour un atome, quand est question du "nombre quantique cinétique", c’est évidemment de J dont il s’agit, qui correspond à la résultante des moments cinétiques constitutifs.
Il sert à définir les rayons lN de positions des électrons quand on connaît le rayon minimal l0 car on a (lN = l0.J ²)
I est le nombre quantique d'ISOSPIN attribuable à des particules qui ont le même nombre quantique (S) mais qui ont un spin différemment orienté dans l'espace
LE nombre QUANTIQUE MAGNÉTIQUE M
exprime, sous forme de nombre entier compris entre (-L) et (+L) la projection du moment cinétique J sur l’axe du champ magnétique B
LES nombres QUANTIQUES BARYONIQUES et LEPTONIQUES
Ils concernent (sous forme de nombre entier compris entre -1 et +1) une charge scalaire de la particule
Les notations sont: B pour les baryoniques et Lé, Lm, Lt -selon la famille (électrons, muons, tauons) pour les leptoniques
Un nombre baryonique n’est pas réservé aux baryons secs: c’est une notion valable pour toute particule massique
LE nombre D’ÉTRANGETÉ
Il s’agit d’un nombre affectant les particules "étranges" (strange) , qui naissent sous un type de force et qui se désagrègent (decay) sous un autre type
LE nombre DE VIBRATION V
Les vibrations des structures atomiques ou moléculaires, s'effectuent seulement à certains niveaux énergétiques (d’ailleurs souvent équidistants de quelques centiélectrons-volts).
Le nombre de ces niveaux est le nombre quantique de vibration (V).
PRINCIPE D’EXCLUSION DE PAULI applicable aux fermions (particules ayant un nombre de spin demi-entier)
Si 2 fermions indiscernables ont 2 nombres quantiques identiques, ils ne peuvent occuper simultanément le même état (quantique)
Donc dans un même atome, deux électrons ne peuvent avoir les mêmes 4 nombres quantiques (N, L, S, J) Il en découle que, pour une valeur donnée de N , le nombre maxi d’électrons est 2N²
PRINCIPE DE CORRESPONDANCE
Quand un nombre quantique d’un élément augmente vers l’infini, les lois quantiques font place aux lois classiques
HYPERCHARGE
Une charge baryonique (une masse) peut, au moment de sa création, être surchargée par 1, 2 ou 3 autres types de charges qui sont à son affût : une charge électrique, une charge de couleur ou une charge de saveur, On dit que ce sont des hypercharges.
L'hypercharge faible est le groupage d'une charge de saveur avec la charge baryonique (masse) qui la porte
L'hypercharge forte est le groupage d'une charge de couleur avec la charge baryonique (masse) qui la porte
Dans la théorie des groupes de jauge, on estime que les hypercharges respectent une loi de répartition sur la masse qu'ils colonisent, selon la RELATION de GELL-MANN & NISHIJIKA entre les NOMBRES QUANTIQUES
C'est la relation Y = 2(Q - T3)
où Y est le nombre quantique d'hypercharge, Q est le nombre quantique de charge électrique et T3 est le nombre quantique de la composante verticale d'isospin
Par exemple : pour le fermion quark u (à hélicité gauche) Y = 1/3 car Q = 2/3 et T3 = 1/2
Pour l'électron (à hélicité gauche) Y = -1 car Q = -1 et T3 = 1/2
Pour le neutrino (à hélicité gauche) Y = -1 car Q = 0 et T3 = 1/2
Pour le neutron Y = 1 car Q = 0 et T3 = -1/2