Publié par : Claude Marchis | 21 décembre 2011

Matière et particule

Publication dans le Tarn Libre 23/12/2011

 

Matière et particules

La matière constitue tout ce qui nous entoure et ce que nous sommes. Corps organiques, végétaux, animaux, humains, substances minérales, rochers, gaz, liquides toutes choses palpables ou non, observables ou non, constituent de la matière. De l’antiquité à Newton, la matière suscita l’intérêt des plus célèbres philosophes en défiant l’infini petit. Néanmoins, dès la fin du XIXe siècle les découvertes s’accélèrent et connurent un pic au milieu du XXe siècle avec les apports de la physique quantique.

le boson de Higgs

Démocrite, philosophe grec (Xe avant JC) représenta la matière composée de vide et de corpuscules insécables qu’il nomma atomes, pouvant s’assembler pour constituer différentes substances. On peut attribuer à William Crookes (1832-1909) la découverte de la première composante, une particule à charge négative. Elle fut appelée électron. Les expériences de Thompson et Rutherford imposèrent un modèle d’atome comparable au système solaire, les électrons gravitant autour d’un noyau à charge positive. Rutherford fut le premier à désintégrer un noyau et découvrit les protons, une particule de charge positive égale en valeur absolue à celle de l’électron.

Des quanta d’énergie.

Au début du 20ème siècle, la matière était considérée de nature corpusculaire, on avait découvert les atomes, les électrons, deux constituants du noyau atomique que sont les protons et les neutrons et certaines particules du rayonnement radioactif grâce aux travaux de Becquerel et Pierre et Marie Curie. Il est difficile d’attribuer la paternité des découvertes de la physique quantique tant les chercheurs, Bohr, Einstein, Planck, De Broglie, Poincaré, pour ne citer qu’eux, travaillèrent étroitement en communiquant leurs théories. Deux apports sont déterminants dans la physique dite quantique. Le premier est l’existence dans la matière d’états discontinus où transitent les particules. Cela signifie que les constituants de la matière passent d’un état à autre en absorbant ou en émettant de l’énergie par paquets, par quanta. Cette théorie apporta les solutions dans des calculs d’énergie jusqu’alors inextricables. Le second impose l’idée que tout objet de la matière est associé à une onde. La particule, aux dimensions de l’infini petit, possédant une masse et de l’énergie est associée à une onde. Utilisant le modèle de Rutherford et les aspects quantiques, Bohr et les calculs de Schrödinger définirent des niveaux d’énergies sur lesquelles transitent les électrons en émettant des quantum d’énergie vérifiés par des données expérimentales.

D’autres particules, leptons, hadrons

Ce fut une course effrénée dans la découverte de nouvelles particules de la matière. Le cosmos, laboratoire naturel, révéla des particules inconnues comme les mésons, ou le positon connu comme une antiparticule de l’électron de même masse mais chargé positivement. C’était la première antiparticule découverte. Il est établi de nos jours que toute particule de l’univers possède une antiparticule créant un univers d’antimatière tout en participant aux divers échanges de la matière Cependant, les physiciens, mathématiciens , ingénieurs inventèrent un moyen de découvrir des particules en les éclairant dans laboratoires, non pas avec la lumière mais en envoyant un faisceau de particules sur une particule cible, en créant des collisions dans des accélérateurs.

Le LHC, accélérateur de particules

Les accélérateurs avant 1950 existaient mais étaient insuffisamment puissants pour mettre en évidence d’autres éventuelles particules. Mais grâce aux évolutions technologiques et aux budgets de recherche croissants, des accélérateurs d’une extrême puissance révélèrent depuis plus de 350 particules! Ainsi naquit un catalogue de ces objets infiniment petits visibles sur les détecteurs des accélérateurs. Ces nouveaux venus seront classés hadrons, leptons ou bosons, dotés de propriétés diverses de masse, d’énergie, de charge électrique, de durée de vie, quelque fois extrêmement courtes qui interagissent entre eux, créant en chaîne de nouvelles particules en émettant de l’énergie avant de mourir. Les bosons ont le rôle de vecteurs des forces d’interaction et assurent la cohésion de la matière. Dans ce foisonnement de particules, manquait un élément nécessaire au modèle standard de la théorie : le célèbre boson de Higgs. Recherché par les physiciens, le boson masqué, dit-on, donnerait des indices d’existence selon des annonces très récentes du CERN. Comme particule et onde sont intimement liées, l’obstination est aussi une partie intégrante de la psychologie du chercheur.

C.Marchis

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