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En s’arrêtant à l’échelon de l’atome, l’Univers visible n’est composé que de trois particules : les protons, les électrons, et les neutrons.
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Dimension de l’atome :
Mettons l’atome à l’échelle de deux fois la Tour Eiffel. Plaçons le noyau au sommet de la tour et les électrons à 320 m du noyau. En tournant autour de lui, ils frôlent donc le sol. Le cercle ainsi décrit par les électrons aura 640 m de diamètre, deux fois la hauteur de la Tour Eiffel, tandis que le noyau mesurera moins de 7 millimètre. Gros comme une lentille, il est invisible du sol, les électrons encore plus petits.
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Les protons, électrons et neutrons sont absolument identiques d’un atome à un autre.
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Il faut partir, à l’origine, d’un nuage d’hydrogène. C’est l’atome le plus simple : un proton, (parfois un neutron), et autour un électron. L’hydrogène représente à lui seul 91% de la matière observée.
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L’atome est la plus petite partie d’un corps simple ou élément chimique. On appelle corps simple ou élément chimique, un corps formé d’atomes ayant tous le même nombre d’électrons, par exemple (Zinc, le fer, l’oxygène, l’hydrogène...), en tout ils comptent 103 élément.
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L’atome se compose d’un noyau, et d’un ou plusieurs électrons qui tournent autour du noyau.
Le noyau est formé d’un nombre de protons de charge positive ( nombre Z, qui est toujours le même que celui des électrons, de charge négative, qui tournent autour du noyau), et de neutrons ( neutre ).
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On appelle l’ensemble des protons et des neutrons d’un atome : les nucléons, ou le nombre A.
C’est aussi le nombre de masse de l’atome : Z+N=A.
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C’est le nombre Z qui différencie les atomes. Nous avons 103 atomes catalogués, et par conséquent 103 nombre Z.
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Les isotopes :
Un atome qui possède, par exemple, un nombre de 6 protons ( et par conséquent 6 électrons ); son nombre Z est donc 6.
Z=6 et A=12 -----> 6 électrons + 6 neutrons.
(On a le même nombre de proton que de neutrons dans le noyau)
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Pour satisfaire votre curiosité, l’élément au nombre Z=6 est le carbone, et il possède bel et bien un isotope au nombre de neutrons égale à 8, (Z=6, A=14) 6 protons et 8 neutrons. Cet isotope est le fameux carbone 14 qui existe en petite quantité dans la nature et dont proportion sert à mesurer l’âge des vieux ossements.
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On rencontre dans la nature des atomes dont le nombre de neutrons dépasse celui de protons de un neutron ou plus.
On appelle ces atomes les isotopes.
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Les isotopes d’un corps simple sont classés dans la même case, au même nombre Z. Autrement dit, il s’agit toujours du même atome puisqu’il garde le même nombre de protons.
Le mot isotope vient d’ailleurs du grec qui signifie même place.
Un même élément peut avoir plusieurs isotopes, naturels ou artificiels.
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Les quarks :
L’atome était considéré comme la plus petite particule de la matière qu’on ne peut plus diviser. On a brisé le noyau de l’atome, et il s’est avéré que le proton est constitué d’autres particules les quarks.
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L’existence du quark a été postulée par le physicien américain Gell-Mann, il tira ce nom d’une chanson que James Joyce introduisit dans Finnegans wake " three more quarks for M. Mark ".
Il existe 6 types ( ou "saveurs") de quarks :
Trois quarks postulés par Gell-Mann sont notés respectivement, ( u pour up ), ( d pour down ), et ( s pour strange ); auxquels ont été ajoutés en 1974 le quark c ( c pour charmé ), et deux autres en 1977 le ( b pour bottom ) et le ( t pour top ).
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Une théorie plus élaborée ( chromodynamique quantique ) prévoit que chaque type de quark peut également posséder 3 couleurs, rouge, verte ou bleue. A chaque quark correspond son antiquark dont les couleurs possibles sont complémentaires de celles des quarks, cyan, magenta ou jaune.
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Le proton résulte de la combinaison de deux quarks u (up) et un d (down). Le neutron, de deux quarks d et un quark u.
Les quarks sont si fortement liés entre eux qu’il est vraisemblable qu’on ne parviendra pas à les isoler, même avec les accélérateurs les plus puissants, la force qui les lie augmentant fortement dès qu’on tente de les séparer.
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Les particules :
Le dictionnaire encyclopédique nous apprend à propos des particules :
" Les particules possèdent un nombre limité de caractéristiques physiques ( masse ou énergie, charge, durée de vie), et quantique ( spin, parité, etc ... )
Elles sont classées en deux grandes familles :
- LES FERMIONS : obéissent &agraave; la statistique de Fermi-Dirac ( ils ne peuvent occuper la même position dans l’espace et ont un spin demi entier); ils comprennent les leptons (électrons, muons, particule tau, neutrinos électronique, muonique, et taurique) et les hadrons ( protons, neutron, en partic )
- LES BOSONS : obéissent àe; la statistiique de Bose-Einstein et ont un spin entier; ils comprennent le photon, le gluon, le graviton, et les mésons.
Le photon est la particule constitutive de la lumière et, plus généralement, des rayonnements électromagnétiques. Les gluons seraient responsables de l’interaction forte, les gravitons de l’interaction de la gravitation.
Aujourd’hui, seul les leptons sont considérés comme particules élémentaires. Les hadrons ( baryons et mésons) semblent composés de quarks ( trois quarks pour les baryons, un quark et un antiquark pour les mésons). Les baryons se désintègrent en donnant finalement un proton, tandis que la désintégration des mésons aboutit à la formation de photons et de leptons, ou de pairs proton-antiproton. ... "
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Le photon :
La lumière que nous procure le soleil, ou par laquelle on perçoit les étoiles la nuit, est faite de photons.
la déviation du rayon lumineux d’une étoile dans un champs de gravitation, pose un problème :
le photon a-t-il une masse ?
On sait que la lumière se propage à la vitesse de 300 000 Km/s, dite la vitesse de la lumière. Le photon est une particule qui n’existe qu’a la vitesse de la lumière, or cette vitesse ( comme l’explique la relativité générale) amène les corps vers une dimension zéro, vers un temps zéro, et vers une masse infinie.
La relativité indique que la gravité des corps transforme la géométrie de l’espace autour de ces corps.
Le photon n’est donc pas attiré à cause de sa masse, mais passe dans un espace à géométrie déformée par la courbure due à la masse d’un corps.
Notons aussi que le photon, en voyageant à la vitesse de la lumière ne vieillit pas puisqu’il est en temps zéro. Il est donc éternel, sauf quand il rencontre un obstacle.
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Matière anti-matière :
La présence de l’antimatière est infime, car dès que celle-ci rencontre la matière il y a annihilation. Pour pouvoir l’observer, on a créé de l’antimatière en laboratoire, avec un accélérateur de particules.
Il faut d’abord citer le spin des particules de l’atome : comme si elles tournaient sur elles même, elles génèrent un minuscule champs magnétique, non seulement e spin est inversé, mais le proton devient négatif et l’électron positif sous le nom de positron.
Bien qu’électriquement neutre le neutron devient un anti-neutron par inversion de son spin. Ces trois particules peuvent donc se combiner pour former de l’antimatière.
On a déjà produit l’anti-hélium 3; l’anti-matière existe donc bien, mais existe t-elle en masse dans l’Univers ?.
La rencontre matière antimatière engendre l’émission violente de rayons Gamma, très énergétiques.
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Les tachyons : ____ une hypothèse extraordinaire ____
Des particules qui se déplaceraient à une vitesse supérieure à celle de la lumière.
Le dictionnaire encyclopédique Hachette nous dit à propos des tachyons :
" n.m. PHYS NUCL. Particule hypothétique dont la vitesse serait supérieure à celle de la lumière, et dont la masse s’exprimerait par un nombre complexe - De y-, et suff. -on; 1970. "
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Nous pouvons imaginer deux sortes d’Univers. La première correspondant à notre Univers, et constituée de tardyons, particules qui vont moins vite que la lumière, et peuvent accélérer jusqu’à s’en approcher, tandis que leur énergie augmente.
L’autre catégorie d’Univers est composée de tachyons, particules plus rapides que la lumière, qui peuvent ralentir jusqu’à sa vitesse tandis que leur énergie augmente.
Entre les deux se trouve le mur des luxons, où se trouvent les particules qui vont exactement aussi vite que la vitesse de la lumière. Ce mur est mitoyen entre les deux Univers.
Si un tachyon possède assez d’énergie, et par conséquent, se déplace assez lentement, il peut rester à la même place assez longtemps pour engendrer une explosion de photons détectables,( les tachyons laisseraient une traînée de photons même dans le vide ). Les physiciens guettent une telle explosion, mais il y a peu de chances d’avoir un instrument à l’endroit exact où l’une de ces explosions ( probablement très rare ) pourraient se produire, pendant un milliardième de seconde ou moins.
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M'écrire à : abclunivers@yahoo.fr