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Physique quantique : Fondements
où nous avons indiqué en exposant la charge des particules en unités de
la charge du proton. Cette désintégration est possible, car les masses
4
des
particules dans (1.2) vérifient
m n c
2 > (m p + m e + m ν )c
2
m n ≃ 939.5MeV/c
2
m p ≃ 938.3MeV/c
2
m e ≃ 0.51 MeV/c
2 m ν e ≃ 0
En revanche le neutron ne se désintègre pas dans les noyaux atomiques stables,
par exemple dans le noyau deutérium, ou deutéron, (
2 H), car
m2 H ≃ 1875.6M e v /c
2 < (2m p + m e + m νe ) ≃ 1878.3MeV/c
2
et la désintégration
2 H → 2p + e + ν e
est impossible : le deutéron est un état lié proton-neutron.
1.1.3 Constituants élémentaires
Nous avons décomposé les molécules en atomes, les atomes en électrons et
noyaux, les noyaux en protons et neutrons. Peut-on aller encore plus loin, par
exemple décomposer le proton ou l’électron en constituants plus élémentaires ?
Peut-on dire par exemple à partir de (1.2) que le neutron est “formé” d’un
proton, d’un électron et d’un antineutrino ? Un argument simple fondé sur les
inégalités de Heisenberg montre que l’électron ne peut pas préexister dans le
neutron (exercice 8.6.4), et qu’il est créé au moment de la désintégration : on
ne peut donc pas dire que le neutron est “composé” d’un proton, d’un électron
et d’un neutrino. On pourrait aussi penser à “casser” un proton ou un neutron
en des composants plus élémentaires, en les bombardant par des particules
énergiques, et répéter ce qui se passe par exemple quand on bombarde un
deutéron avec des électrons de quelques MeV
e +
2 H → e + p + n
Le deutéron
2 H a été cassé en ses constituants, un proton et un neutron.
L’histoire ne se répète pas lorsque l’on bombarde un proton avec des électrons.
Pour des électrons peu énergiques, les collisions sont élastiques
e + p → e + p
mais pour des électrons d’énergie suffisante (quelques centaines de MeV), au
l i e ud ec a s s e rl ep r o t o n ,o ncrée d’autres particules, par exemple dans des
4. Trois expériences : Fukuda et al. [2001], Ahmad et al. [2001] et Eguchi et al. [2003]
montrent de façon convaincante que la masse du neutrino est non nulle, probablement de
l’ordre de 10 −2 eV/c 2 : cf. l’exercice 4.4.6 sur les oscillations neutrino. Pour une revue, voir
par exemple Wark [2005].
Physique quantique : Fondements
où nous avons indiqué en exposant la charge des particules en unités de
la charge du proton. Cette désintégration est possible, car les masses
4
des
particules dans (1.2) vérifient
m n c
2 > (m p + m e + m ν )c
2
m n ≃ 939.5MeV/c
2
m p ≃ 938.3MeV/c
2
m e ≃ 0.51 MeV/c
2 m ν e ≃ 0
En revanche le neutron ne se désintègre pas dans les noyaux atomiques stables,
par exemple dans le noyau deutérium, ou deutéron, (
2 H), car
m2 H ≃ 1875.6M e v /c
2 < (2m p + m e + m νe ) ≃ 1878.3MeV/c
2
et la désintégration
2 H → 2p + e + ν e
est impossible : le deutéron est un état lié proton-neutron.
1.1.3 Constituants élémentaires
Nous avons décomposé les molécules en atomes, les atomes en électrons et
noyaux, les noyaux en protons et neutrons. Peut-on aller encore plus loin, par
exemple décomposer le proton ou l’électron en constituants plus élémentaires ?
Peut-on dire par exemple à partir de (1.2) que le neutron est “formé” d’un
proton, d’un électron et d’un antineutrino ? Un argument simple fondé sur les
inégalités de Heisenberg montre que l’électron ne peut pas préexister dans le
neutron (exercice 8.6.4), et qu’il est créé au moment de la désintégration : on
ne peut donc pas dire que le neutron est “composé” d’un proton, d’un électron
et d’un neutrino. On pourrait aussi penser à “casser” un proton ou un neutron
en des composants plus élémentaires, en les bombardant par des particules
énergiques, et répéter ce qui se passe par exemple quand on bombarde un
deutéron avec des électrons de quelques MeV
e +
2 H → e + p + n
Le deutéron
2 H a été cassé en ses constituants, un proton et un neutron.
L’histoire ne se répète pas lorsque l’on bombarde un proton avec des électrons.
Pour des électrons peu énergiques, les collisions sont élastiques
e + p → e + p
mais pour des électrons d’énergie suffisante (quelques centaines de MeV), au
l i e ud ec a s s e rl ep r o t o n ,o ncrée d’autres particules, par exemple dans des
4. Trois expériences : Fukuda et al. [2001], Ahmad et al. [2001] et Eguchi et al. [2003]
montrent de façon convaincante que la masse du neutrino est non nulle, probablement de
l’ordre de 10 −2 eV/c 2 : cf. l’exercice 4.4.6 sur les oscillations neutrino. Pour une revue, voir
par exemple Wark [2005].