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Électron

Électron

L'électron est une particule élémentaire portant une charge électrique fondamentale négative égale à -1,6 × 10^-19 coulomb La masse d'un électron est d'environ 9,11 × 10^-31 kg, ce qui correspond à environ 1/1 800 de la masse d'un proton. L'électron fait partie de la famille des leptons(fermion), et est de ce fait considéré, en l'état actuel des connaissances, comme étant une particule fondamentale (c'est-à-dire qu'il ne peut pas être brisé en de plus petites particules). lepton d'hydrogène montrées en sections transversales avec un code des couleurs représentant la probabilité de densité]] Le volume occupé par cette particule est extrêmement petit. Quelle que soit son éventuelle forme, si ce mot a encore un sens pour ce genre d'objet, sa largeur est en tous les cas inférieure à 10^-18 mètre, soit un millionnième de millionnième de millionnième de mètre. Les atomes sont constitués d'un noyau atomique (lui-même constitué de nucléons: les protons et les neutrons) entouré par un nuage électronique. L'électron est un fermion : il possède ainsi un spin 1/2 et suit la statistique de Fermi-Dirac. L'anti-particule associée à l'électron est le positron (ou positon). C'est en bougeant des électrons que l'on fait:
- un courant
- un champ magnétique
- de la lumière
- des rayons X
- marcher toute l'électronique actuelle
- de la microscopie électronique ou à effet tunnel
- de la chimie, des particules élémentaires, de l'énergie,de la photosynthèse, de la biologie,ou de l'électrodynamique quantique relativiste!
- fonctionner des ordinateurs ou notre cerveau! C'est pour cela que l'électron est l'en tête de l'électromagnétisme

Électricité

L'électricité, ou courant électrique, est définie par un flux net d'électrons, d'ions ou de trous d'électrons (défauts ponctuels des cristaux) ; dans le cas d'un flux d'électrons, ceux-ci sont libérés des noyaux des atomes. Par analogie, on peut comparer le courant électrique au déplacement de moutons (électrons) dans une direction alors que le berger (noyau atomique) reste immobile. Le courant électrique peut être mesuré directement à l'aide d'un galvanomètre (ampèremètre ultra-sensible). Contrairement à ce que semble indiquer son nom, lélectricité statique ne correspond pas du tout à un flux d'électrons. Le terme charge statique, mieux approprié, se réfère à un corps possédant plus, ou moins, d'électrons que ce qui est nécessaire pour contrebalancer la charge positive des protons. On dit que le corps considéré est chargé négativement si l'on est en présence d'un excès d'électrons. Dans le cas contraire, le corps est dit chargé positivement. Enfin, si le nombre d'électrons est égal au nombre de protons, le corps est dit électriquement neutre. La charge électrique peut être directement mesurée à l'aide d'un électromètre.
Dualité onde particule
Comme toutes les particules élémentaires, l'électron est sujet à la dualité onde-particule. Il se comporte tantôt comme une onde, tantôt comme une particule. Dans le tube cathodique d'une télévision, par exemple, l'électron se comporte comme un particule (il a une trajectoire, contrôlée par un champs magnétique, et entre en collision avec l'écran). Lorsqu'il est dans un atome, l'électron se comporte comme une onde stationnaire. La forme des ondes stationnaires des électrons périphériques d'un atome détermine les liaisons possibles que cet atome peut avoir dans une molécule. Le comportement ondulatoire de l'électron s'applique aussi à échelle macroscopique, comme dans l'expérience des fentes de Young. Dans cette expérience, l'électron se déplace sur une distance de l'ordre du mètre, et entre en collision avec un écran. Mais il n'a pas eu de trajectoire entre son point de départ et l'arrivée. Sur le trajet, il s'est comporté comme une onde. Ce phénomène, admis pour la lumière, est beaucoup plus intriguant quand il s'applique à des particules de masse non nulle, comme l'électron.
Histoire
L'électron fut découvert en 1897 par J. J. Thomson au laboratoire Cavendish de l'université de Cambridge alors qu'il étudiait les rayons cathodiques. Voir aussi : Historique des modèles de l'atome
Détails techniques
En mécanique quantique ou plus exactement en électrodynamique quantique, l'électron est décrit par l'équation de Dirac. Dans le modèle standard de la physique des particules, il forme un doublet SU(2) avec le neutrino électronique avec lequel il interagit par l'intermédiaire de l'interaction faible. L'électron possède deux partenaires de même charge mais plus massifs : le muon et le tauon.
Voir aussi

- Électron Auger
- Effet photoélectrique
- Photoélectron
- Électron excité
- Particule bêta
- Mobilité de l'électron Electron Electron ja:電子 ko:전자 simple:Electron th:อิเล็กตรอน

Masse
La masse d'un objet mesure la quantité de matière qui constitue cet objet. La masse d'un objet est la même quel que soit l'endroit où il se trouve dans l'univers. Il ne faut pas confondre la masse et le poids qui est la mesure de l'interaction de la masse et du champ de gravitation (le poids est une force). L'unité de base de la masse est le kilogramme (kg) et non pas le gramme (g). On utilise également la tonne égale à 1 000 kg et l'unité de masse atomique. Physiquement la notion de masse recouvre deux notions à priori indépendantes:
- la masse inertielle qui caractérise la quantité de mouvement d'un objet en déplacement (la quantité de mouvement globale de l'univers est une quantité qui se conserve).
- la masse grave qui mesure l'influence d'un corps sur le champ gravitationnel. S'il n'y a aucune raison théorique connue pour que ces deux quantités soit dépendantes l'une de l'autre, tous les résultats expérimentaux indiquent qu'elles sont directement proportionnelles. Cette équivalence implique le principe de la chute des corps exposé par Galilée puis Evangelista Torricelli : la vitesse d'un corps en chute libre ne dépend pas de sa masse. À notre échelle cette équivalence semble évidente et elle est démontrée expérimentalement à 10^-12 près. Pourtant certaines théories scientifiques comme la théorie des cordes prédisent qu'elle pourrait cesser d'être vérifiée à des échelles beaucoup plus fines. Dans l'Union européenne, de nombreuses masses (et volumes), sur les produits de consommations, sont indiqués en quantité estimée. Ils sont marqués comme tel, d'un « e » minuscule.
Masse et énergie
À l'échelle des atomes, de la matière peut se transformer en onde électromagnétique, et une onde électromagnétique peut se transformer en matière. Plus exactement, des particules élémentaires ayant une masse non nulle (neutrons, protons), peuvent se transformer à la suite d'une collision en particules élémentaires de masse nulle (photons, neutrinos...). C'est le principe des réactions nucléaires, par exemple utilisées pour produire de l'électricité. Dans les accélérateurs de particules, on observe fréquemment ce genre de transformation. À l'inverse, un photon γ, de masse nulle, peut se décomposer après collision sur un atome en une paire électron-positron, ayant une masse. Lors de ces transformations, la loi de la conservation de l'énergie est respectée, la masse peut donc s'exprimer sous la forme d'une énergie : : $E = m \cdot c^2$ avec
- E énergie de masse
- m masse
- c vitesse de la lumière dans le vide
Masse corporelle
La masse corporelle est la masse d'un être humain. Dans le langage courant, elle est souvent appelée à tort « poids ». Voir
- indice de masse corporelle (IMC)
- obésité
- sous-nutrition
Mesure de la masse
La mesure de la masse s'appelle le pesage, bien que ce terme provienne du mot « poids ». La seule manière de mesurer directement une masse consiste à la comparer à une autre masse ; c'est le principe des balances. On peut aussi estimer la masse à partir du poids, c'est-à-dire que l'on mesure la force qu'exerce l'objet à peser ; le dispositif est en fait un dynamomètre. C'est le cas le plus courant des pèse-personnes et des balances électroniques. On peut aussi estimer une masse par la perturbation du champ de gravité qu'elle induit. Cette mesure par gravimétrie n'est utilisable que pour les objets extrêment lourds, et est utilisée en géologie pour estimer la taille d'une formation rocheuse, ainsi qu'en archéologie (la gravimétrie a permis de détecter une chambre cachée dans une pyramide). Remarque Ce n'est probablement pas un hasard si le kilogramme étalon du BIPM a la même masse qu'un litre d'eau. Il faut se rappeler que la livre, en France, n'avait pas la même valeur sur tout le territoire : la provençale, la parisienne ou encore la bretonne n'avaient pas tout à fait la même valeur et aujourd'hui encore la livre tout comme le gallon n'ont pas la même valeur aux USA et au Royaume Uni. Beaucoup de marchandises se vendaient par volume, par boisseaux ou encore par barils, soit 18 boisseaux (235 litres) — différent du baril pétrolier qui ne fait que 158,98 litres. La masse d'un électron, d'un atome ou d'une molécule est parfaitement définie ; ceci justifie le fait que le BIPM ait rajouté la notion de quantité de matière qui se mesure en moles sachant que une mole de carbone a une masse de 12 grammes : la mole étant un nombre entier dit nombre d'Avogadro. Les réactions chimiques se font en combinant des atomes entiers : c'est pour cela que nombre d'Avogadro est un nombre entier
Électricité
Dans un circuit électrique, il est fréquent de relier un des deux pôles (généralement le pôle négatif) du circuit à la carcasse de l'objet (voiture, etc.). Grâce à ceci, il suffit d'un fil pour alimenter un consommateur de courant (lampe, etc.), le retour du courant se faisant par la carcasse. On dit que l'objet est mis à la masse. Il arrive que l'interrupteur qui commande, par exemple, une ampoule, ne fasse qu'une simple mise à la masse. Dans ce cas, l'ampoule est bien munie de deux fils et l'interrupteur d'un seul.
Pannes
Une mise à la masse défectueuse est une cause de panne fréquente, car il arrive que la carrosserie soit rouillée au point de contact, ou que les diverses parties de la carcasse communiquent mal entre elles. Lorsque la mise à la masse d'un groupe d'ampoules (bloc feu arrière/clignotant, par exemple) ne se fait pas, chaque ampoule cherche à faire son retour par l'autre ampoule. Dans ce cas, lorsque la voiture freine, cela allume faiblement le feu stop et le clignotant simultanément.
Voir aussi

- masse critique
- Liste des outils catégorie:Mécanique catégorie:Métrologie catégorie:Quantité physique catégorie:Outil ja:質量 ko:질량 ms:Jisim simple:Mass th:มวล

Lepton

Un lepton est une particule élémentaire qui n'est sensible qu'à l'interaction électrofaible et à la gravitation. Le terme lepton provient du mot grec signifiant « léger » et se réfère à la faible masse du premier lepton découvert, l'électron, par rapport aux nucléons (hadrons). La famille des leptons est constituée des électrons, des muons, des tauons, de leurs neutrinos respectifs, ainsi que de leurs anti-particules. Les leptons peuvent posséder une charge positive (positon, antimuon, antitau), négative (électron, muon, tau) ou neutre (neutrinos et antineutrinos).
- ja:レプトン

Hydrogène

L'atome d'hydrogène est composé d'un proton et d'un électron. C'est donc le plus léger atome existant. Sur terre et hormis les composés avec d'autres atomes, il se présente le plus souvent sous la forme d'un gaz : le dihydrogène (H₂) L'hydrogène est présent dans de nombreuses molécules : eau, sucre, protéines, hydrocarbures. Il est également le principal constituant du Soleil et de la plupart des étoiles, dont l'énergie provient de réactions de fusion thermonucléaire de l'hydrogène. Étonnamment, l'hydrogène est un métal : lorsqu'il est sous forme solide (très hautes pressions et très basses températures), il cristallise avec une liaison métallique. Dans le tableau périodique des éléments, il est d'ailleurs dans la colonne des métaux alcalins. N'étant pas présent à l'état solide sur Terre, il n'est toutefois pas considéré comme un métal en chimie. De façon simpliste sa nature métallique est due à son électron périphérique sur son unique et dernière couche saturée à deux électrons.

Caractéristiques principales

L'hydrogène est l'élément chimique le plus simple; son isotope le plus commun est constitué seulement d'un proton et d'un électron (la masse de l'électron étant négligeable, seuls les protons et les neutrons des atomes déterminent le poids de ces derniers). C'est donc le plus léger atome existant. Sur terre et hormis les composés avec d'autres atomes, il se présente le plus souvent sous la forme d'un gaz : le dihydrogène. Sous des très faibles pressions, comme celles qui existent dans l'espace, l'hydrogène a tendance à exister sous forme d'atomes individuels, simplement parce qu'il est alors improbable qu'ils entrent en collision pour se combiner. Toujours dans l'espace, les nuages de H₂ sont à la base du processus de la formation des étoiles. Cet élément joue un rôle vital dans l'univers par l'intermédiaire des réactions proton-proton et du cycle carbone-azote-oxygène, qui sont deux réactions de fusion thermonucléaire qui créent d'énormes quantités d'énergie en combinant deux atomes d'hydrogène pour former un atome d'hélium.

Applications

Des larges quantités d'hydrogène sont nécessaires dans l'industrie, notamment dans les procédé Habber de production de l'ammoniac, l'hydrogénation des graisses et des huiles et la production de méthanol. D'autres utilisations de l'hydrogène sont :
- la fabrication de l'acide chlorhydrique, le soudage, les carburants pour fusées et la réduction de minerais métalliques.
- l'hydrogène liquide (LH2) est utilisé pour les recherches à très basses températures, y compris l'étude de la supraconductivité.
- le tritium est produit dans les réacteurs nucléaires et est utilisé pour la construction de bombes atomiques.
- L'hydrogène était utilisé dans les ballons car il est quatorze fois plus léger que l'air.
- le deutérium (²H), un isotope est utilisé dans les applications nucléaires comme modérateur pour ralentir les neutrons. Les composés du deutérium sont aussi utilisés en chimie et en biologie pour étudier ou utiliser l'effet isotopique.
- le tritium (³H), un autre isotope, est utilisé comme un marqueur isotopique dans les biosciences et comme source de radiation dans les peintures luminescentes. L'hydrogène peut servir de carburant pour moteurs. Chrysler-BMW possède une flotte de voitures (moteurs thermiques) roulant à l'hydrogène H2, sans pile à combustible, avec réservoir cryogénique. De nouveaux procédés sont en train d'aboutir et vont permettre enfin d'abandonner le pétrole définitivement, comme carburant, car il n'y aurait plus que 12 ans de réserves si la Chine consomme de façon croissante les réserves actuelles, et puis combien cela coûtera-t-il pour ensuite l'extraire des chistes bitumeux ? on le saura bientôt... Les piles à combustible ne sont pas une source d'énergie rentable actuellement car elles sont dotées de mousse de platine, très onéreux et restent malgré tout encore polluantes pour un rendement faible avec 2 à 5 Kw d'énergie produite.

Histoire

L'hydrogène fut reconnu comme une substance distincte en 1776 par Henry Cavendish. Antoine Lavoisier lui donna son nom hydrogène qui vient du grec hudôr, « eau » et gennen, « générer ». La Catastrophe du Hindenburg a marqué le glas de son utilisation en aéronautique.

Occurrence

L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'univers : 75% en masse et 90% en nombre d'atome. Cet élément se trouve en grande quantité dans les étoiles et les planètes gazeuses. Relativement à son abondance dans l'univers, l'hydrogène est très rare dans l'atmosphère terrestre : environ 1 ppm en volume. Sur Terre, la source la plus commune d'hydrogène est l'eau dont les molécules sont composées de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène ; mais la plupart des matières organiques, comme celle qui constitue les êtres vivants, mais aussi le pétrole et le gaz naturel, sont des sources d'hydrogène. Le méthane (CH₄), qui est un produit de la décomposition des matières organiques, est une source d'hydrogène de plus en plus importante. L'hydrogène peut être produit de plusieurs façons : l'action de la vapeur sur du carbone à haute température, le craquage des hydrocarbures par la chaleur, l'action de la soude ou de la potasse sur l'aluminium, l'électrolyse de l'eau ou par de son déplacement depuis les acides par certains métaux. Certains microorganismes (microalgues, cyanobactéries et bactéries) sont également capables de produire de l'hydrogène, à partir d'énergie solaire ou de biomasse. L'hydrogène brut disponible dans le commerce est généralement fabriqué par décomposition du gaz naturel.

Composés

L'hydrogène se combine avec la plupart des autres éléments car il possède une électronégativité moyenne (2,2) et peut ainsi former des composés avec des éléments métalliques ou non-métalliques. Les composés qu'il forme avec les métaux sont appelés hydrures dans lesquels il se trouve sous forme d'ions H^- qui parfois n'existe qu'en solution. Dans les composés avec les non-métalliques, l'hydrogène forme des liaisons covalentes, car l'ion H⁺, qui n'est rien d'autre qu'un simple proton, a une trop forte tendance à s'associer avec les électrons. Dans les acides en solution aqueuse, il se forme des ions H₃O⁺, association du proton et d'une molécule d'eau. L'hydrogène se combine avec l'oxygène pour former de l'eau (H₂O), c'est un processus de combustion très énergétique qui est très explosif dans l'air. L'oxyde de deutérium (D₂O) est communément appelé eau lourde. L'hydrogène forme une grande variété de composés avec le carbone; à cause de leur relation avec les molécules biologiques, ces composés sont appelés composés organiques et la branche de la chimie qui les concerne est la chimie organique.

Formes

Sous conditions normales, le gaz hydrogène est un mélange de type de molécules qui diffèrent l'une de l'autre par le spin de leur électron et noyaux atomiques. Ces deux formes sont appelées ortho- et para-hydrogène et la forme para n'existe pas à l'état pur. Dans les conditions normales de température et de pression, l'hydrogène est composé à 75% de la forme ortho et à 25% de la forme para. Ces deux formes ont des niveaux énergétiques légèrement différents et donc des propriétés physico-chimiques légèrement différentes. Par exemple, le point de fusion et le point d'ébullition du para-hydrogène sont environ 0,1 K plus bas que ceux de l'ortho-.

Isotopes

L'isotope le plus commun de l'hydrogène(H2), le protium (H-1), est simplement constitué d'un proton et ne possède donc pas de neutrons. C'est un isotope stable. Le deutérium (H-3 ou D) possède un proton et un neutron. C'est aussi un isotope stable qui compose entre 0,0184 et 0,0082% de tout l'hydrogène. Le tritium (H-4 ou T) possède un proton et deux neutrons ; c'est un isotope radioactif (instable). Ces deux derniers éléments pourraient servir en fusion nucléaire. L'hydrogène est le seul élément dont les isotopes ont reçu un nom spécifique.

Précautions

L'hydrogène est un gaz extrêmement inflammable (l'histoire de son utilisation dans les ballons dirigeables est parsemée d'accidents graves). Il réagit aussi violemment avec le chlore pour former de l'acide chlorhydrique (HCl) et le fluor pour former de l'acide fluorhydrique (HF). L'eau lourde (D₂O) est toxique pour de nombreuses espèces ; mais la quantité nécessaire pour tuer un être humain est substantielle. L'hydrogène, mélangé à de l'oxygène peut devenir un potentiel explosif qui peut tout détruire sur un grand rayon.

Mécanique quantique

L'atome d'hydrogène étant l'atome le plus simple, c'est le premier qui a été étudié dans le cadre de la physique quantique. Voir l'article détaillé Atome d'hydrogène.

La liaison d'hydrogène

Attention aux abus de language ! Les liaisons que l'atome d'hydrogène peut établir peuvent être de trois sortes :
- La perte d'un électron. L'hydrogène devient alors H⁺ (un proton seul). Son rayon est alors très petit : environ 1,5 x 10^-13cm contre 10^-8cm normalement. Le proton tout seul n'existe pas mais il est toujours dans le nuage électronique d'une molécule (telle H₂O) ;
- Acquisition d'un électron. L'hydrogène devient alors H^- (un hydrure). L'ion lui même n'existe en tant que tel que dans des sels d'hydrures ;
- Formation d'une liaison covalente. L'hydrogène fait une liaison covalente donc une mise en commun d'une paire d'électrons avec d'autres atomes comme dans H₂O ou CH₄.

La liaison H

Il s'agit d'une interaction faible entre l'hydrogène avec une autre molécule (du même type ou pas). Par example : NH---O=C, ou dans l'eau H₂O--- H-O-H. La liaison joue un rôle important en chimie organique mais aussi en chimie inorganique, entre les alcohols et les métals alkoxides. Nous distinguons en général trois types :
- faibles avec des entalpies entre 10-50 kJ mol^-1 ;
- fortes avec des entalpies entre 50-100 kJ mol^-1 ;
- très fortes avec des entalpie >100 kJ mol^-1. Exemple d'une liaison très forte et FH---F^- dans KHF₂ avec environ 212kJ mol^-1. On peut penser que dans ces cas il vaut mieux écrire F--H--F. La distance total entre F--H--F est de 2,49 Å seulement et il se forme un angle de 120° entre les différentes molécules. Il existe des liaisons hydrogènes à centres multiples. En général il s'agit de systèmes à trois centres et rarement à quatre. Soit un H est lié à deux autres molécules soit deux hydrogènes sont liés à une autre molécule.

Voir aussi

Lien externe

- [http://www.periodictableonline.org/elem_fr.cfm?IDE=H www.periodictableonline.org H] Catégorie:Astronomie Catégorie:Élément chimique Catégorie:Métal Catégorie:Transport ko:수소 ms:Hidrogen ja:水素 simple:Hydrogen th:ไฮโดรเจน

Probabilité

- Probabilité vient du latin probare (prouver, ou tester). Le mot probable signifie « qui peut se produire » dans le cas de futures éventualités, ou « certainement vrai », « vraisemblable » dans le cas d'inférences de l'évidence. (Voir également la théorie des probabilités) Ce que les mathématiciens appellent probabilité est la théorie mathématique que nous utilisons pour décrire et quantifier l'incertain. Dans un plus large contexte, (voir les interprétations de la probabilité) le mot probabilité est utilisé avec d'autres soucis à l'esprit. L'incertitude peut naître de notre ignorance, être due à un embrouillement ou une incompréhension, ou provoquée par l'aspect aléatoire essentiel de la nature. Dans tous les cas, nous mesurons l'incertitude des évènements sur une échelle de zéro (pour les évènements impossibles) à un (pour les évènements certains). Les axiomes des probabilités forment les fondements de la théorie des probabilités. Le calcul d'une probabilité peut souvent être déterminé par l'utilisation de la combinatoire ou en appliquant directement les axiomes. Les applications des probabilités incluent aussi les statistiques, qui sont habituellement basées sur l'idée de distribution de probabilité et le théorème de la limite centrale, ainsi que la théorie de la décision, les stratégies mixtes en théorie des jeux, et le très vaste domaine de l'estimation optimale par usage de la loi de Bayes, qui sert de fondement à une grande partie des applications de décision automatique (imagerie médicale et astronomique, reconnaissance de caractères, filtres anti-pourriel). Il existe deux façons de considérer les probabilités. La première historiquement a consisté à effectuer des calculs combinatoires dans le cas de jeux de hasard (Pascal, Bernoulli, Pólya…). La seconde, qui a commencé à se répandre vers 1974, est plus générale et fondée sur le Théorème de Cox-Jaynes, qui démontre sous des hypothèses raisonnables que tout mécanisme d'apprentissage est soit isomorphe à la théorie des probabilités, soit inconsistant. Dans cette seconde approche, la probabilité est considérée comme la traduction numérique d'un état de connaissance et donc une valeur subjective (mais néanmoins obtenue par un processus rationnel ; la subjectivité s'explique par le fait que le contexte d'interprétation d'un évènement diffère chez chacun. C'est l'école bayésienne (I.J. Good, Myron Tribus, E.T. Jaynes…). Dans la pratique, seule l'interprétation change et les calculs sont bien entendu les mêmes. L'idée de probabilité est le plus souvent séparée en deux concepts: # la probabilité de l'aléatoire, qui représente la probabilité d'évènements futurs dont la réalisation dépend de quelques phénomènes physiques aléatoires, comme obtenir un as en lançant un dé ou obtenir un certain nombre en tournant une roue ; # la probabilité de l'épistémé, qui représente l'incertitude que nous avons devant des affirmations, lorsque nous ne disposons pas de la connaissance complète des circonstances et des causalités. De telles propositions peuvent avoir été vérifiées sur des évènements passés ou seront peut-être vraies dans le futur, mais ne se vérifient pas. Quelques exemples de probabilités de l'épistémé sont : :
- Assigner une probabilité à l'affirmation qu'une loi proposée de la physique est vraie, :
- Déterminer comment il est « probable » qu'un suspect ait commis un crime, en se basant sur les preuves présentées. Une probabilité est-elle réductible à notre incapacité à prédire précisément quelles sont les forces qui pourraient affecter un phénomène, ou font-elles partie de la nature de la réalité elle-même (ou plus précisément de notre perception de celle-ci), ainsi que le suggère la mécanique quantique ? La question reste à ce jour ouverte (voir aussi inégalités de Heisenberg). Bien que les mêmes règles mathématiques s'appliquent indépendamment de l'interprétation choisie, le choix a des implications philosophiques importantes : parlons-nous jamais du monde réel (et a-t-on le droit d'en parler ?) ou bien simplement des représentations que nous en avons ? Ne pouvant par définition différencier le « monde réel » de ce que nous connaissons, il est bien entendu impossible de trancher de notre point de vue : la question est pour nous, par nature, subjective (voir aussi libre arbitre).

Probabilité en mathématiques

L'existence de jeux de hasard motiva depuis la nuit des temps et jusque de nos jours l'intérêt d'estimer aussi précisément que possible une probabilité (un Centralien, Patrice des Moutis, défraya la chronique dans les années 60-70 pour arriver à s'enrichir régulièrement au PMU en utilisant des modèles bayésiens ; il ne s'agissait nullement d'une martingale, mais tout simplement d'arriver à modéliser les probabilités en fonction des informations connues un peu plus précisément que les autres joueurs travaillant simplement « au flair »). Des descriptions mathématiques rigoureuses de ce type de problèmes ne virent le jour que récemment, en particulier depuis
- Blaise Pascal au pour le déductif,
- Thomas Bayes et Pierre-Simon Laplace au pour l'inductif. Pour donner un sens mathématique possible, et par ailleurs réducteur, à une probabilité, considérez une pièce de monnaie que vous lancez. Intuitivement, nous considérons la probabilité d'obtenir face à n'importe quel lancer de la pièce égale à 1/2; mais que signifie opérationnellement cette phrase ? Si nous lançons la pièce 9 fois de suite, la pièce ne pourra évidemment pas tomber « quatre fois et demie » de chaque côté (!) ; il est même possible d'obtenir 6 « face » et 3 « pile », voire 9 « face » de suite. Que signifie dans ce cas le rapport 1/2 dans ce contexte et que pouvons-nous exactement en faire ?

Approche fréquentiste

Une approche initiale a été d'utiliser ce qui sera plus tard formalisé sous le nom de loi des grands nombres : nous supposons alors que nous effectuons un certain nombre de lancers d'une pièce, chaque lancer de la pièce étant indépendant - ce qui signifie que l'issue de chaque lancer n'est pas affectée par le lancer précédent. C'est ce que l'on nomme le modèle fréquentiste. Si nous effectuons N lancers de la pièce et que N_F représente le nombre de fois où la pièce donne face, alors nous pouvons, pour n'importe quel N, considérer la proportion N_F/N. À mesure que N devient de plus en plus grand, nous nous attendons dans notre exemple à ce que le rapport N_F/N devienne de plus en plus proche de 1/2. Cela nous suggère de définir la probabilité P(F) d'obtenir face comme étant la limite, quand N tend vers l'infini, de la suite des proportions : :

P(F) = \lim_

Dans la pratique, nous ne pouvons bien sûr pas lancer une pièce une infinité de fois ; aussi en général cette formule s'applique aux situations dans lesquelles nous avons a priori déjà assigné, à une issue particulière, une probabilité (dans ce cas, nous avons supposé que la pièce « était honnête » et donc que la probabilité d'obtenir face devait être égale à 1/2). La loi des grands nombres dit alors que, pour une probabilité P(F) donnée, et n'importe quel réel strictement positif ε arbitrairement petit, il existe un nombre n tel que pour tout N > n on ait, :

\left| P(F) - \right| < \varepsilon

En d'autres termes, en disant que « la probabilité d'obtenir face est égale à 1/2 », nous voulons dire que, si nous lançons notre pièce assez souvent, au final le rapport du nombre de faces par le nombre total de lancers deviendra arbitrairement proche de 1/2 ; et restera au moins aussi proche de 1/2 aussi longtemps que nous continuerons à effectuer des lancers supplémentaires de la pièce. Remarquons que la convergence ne s'effectue que de façon relative. L'écart absolu entre le nombre de « pile » et le nombre de « face » ne fait qu'augmenter à mesure du passage du temps. Dans son ouvrage Les certitudes du hasard, le professeur Marcel Boll mentionne le résultat contre-intuitif suivant : si un million de Parisiens avait décidé de jouer à pile ou face en 1789 jusqu'à ce qu'ils aient eu un nombre égal de « pile » et de « face », à raison d'un lancer par seconde, 500 000 d'entre eux auraient cessé de jouer dès la deuxième seconde, mais… plusieurs seraient encore en train de jouer aujourd'hui ! L'aspect de cette approche intuitive de la probabilité est parfois troublant quand il est appliqué à des situations du monde réel. Par exemple, dans la pièce Rosencrantz and Guildenstern are Dead de Tom Stoppard, un acteur lance une pièce qui donne répétitivement face maintes et maintes fois, disons une centaine de fois. Il n'arrive pas à décider si cet évènement est seulement le fruit du hasard - après tout, il est possible (bien que peu probable) qu'une pièce « honnête » donne ce résultat - ou s'il doit en conclure que la pièce est truquée. La possibilité néanmoins de tirer de l'observation une modification parfaitement objective de nos probabilités a priori (qui restent dans l'affaire le seul élément subjectif) est établie par la relation de Bayes, en particulier quand on l'exprime sous la forme que I. J. Good nomme weight of evidence : Ev(p) = ln(p/(1-p)). La relation de Bayes devient alors additive, le facteur à ajouter ne dépend plus des probabilités a priori, et toute observation apporte une information objective et quantifiable commune à tous les observateurs. Les weights of evidence varient de moins l'infini à plus l'infini, contrairement aux probabilités qui sont représentées par des nombres entre 0 et 1 et qui permettent très mal de distinguer des nombres proches de ces bornes (qui voit bien clairement, par exemple, la différence entre une probabilité de 0,999 et celle 0,9999 ?). Pourtant, on voit très bien si l'on considère les complémentaires que 0,001 est dix fois plus grand que 0,0001. Le passage par la notation ln (p/(1-p)) élimine cette asymétrie gênante et permet de traiter beaucoup plus commodément, en théorie de la fiabilité, les très petites probabilités. On exprime alors celles-ci en decibels (dB, comme en acoustique), qui se traitent de façon additive. L'idée en a été suggérée pour la première fois par le mathématicien britannique Alan Turing.

Limites de l'approche fréquentiste

Cette ancienne approche « fréquentiste » pose deux types de problème :

Restriction aux phénomènes répétables

Supposons une pièce ou un dé réalisés en glace : on attribue à « pile » dans un cas, à l'as dans l'autre, une probabilité respective de 1/2 et 1/6ème. On ne peut pourtant espérer les lancer, en tout cas à température ambiante, qu'un nombre très limité de fois, et il est exclu d'espérer faire quelque observation dessus avec la loi des grands nombres. Devons nous pour autant nous priver dans leur cas d'utiliser les probabilités ? Certes, on peut imaginer des lancers avec des milliers d'autres pièces ou dés similaires pour retrouver des grands nombres, mais puisqu'ils n'existent que dans notre représentation mentale, ce sont bien des états de connaissance. Il est clair qu'on a le droit en fiabilité de parler d'une probabilité de 10^-12 sans pour autant effectuer mille milliards d'essais.

Idée erronée qu'une probabilité est nécessairement objective

Cela est illustré par le paradoxe des camions prospecteurs : Un forage pétrolier coûtant cher, on se livre au préalable à des campagnes de prospection estimant une probabilité de trouver du pétrole ou non en forant à un endroit donné. Cette probabilité conduira en fonction de sa valeur, des coûts, et des réserves estimées (en probabilité elles aussi) à la décision de forer ou non. Imaginons deux camions prospecteurs l'un travaillant pour l'entreprise A et en début de campagne de mesure. Il estime la probabilité de présence de pétrole à 57%. Un autre juste en face travaillant pour l'entreprise B et en fin de campagne de mesure a ramené en fin de compte cette probabilité à 24 %. Tous les deux ont raison en fonction des mesures dont ils disposent. Quant au pétrole, il y en a, ou il n'y en a pas. Du point de vue de la roche, la « probabilité » est 1 ou 0, rien d'autre. C'est ainsi que des vérités multiples coexistent, parfois entre individus, parfois aussi chez le même individu. Cela explique le paradoxe invoqué par Auguste Detoeuf : « J'ai souvent vu des experts être d'avis contraires. Je n'en ai jamais vu aucun avoir tort » (Propos de O.L. Barenton, confiseur, 1951). Le Théorème de Cox-Jaynes conduit à considérer en fait toute probabilité comme subjective, ou plus exactement propre au vécu personnel de l'observateur, et qui évolue à mesure que ses connaissances se raffinent.

Cas du continu

Les probabilités peuvent ne pas concerner que des résultats discrets comme dans le jeu de pile ou face, mais également des résultats continus. En théorie des probabilités, un évènement se décrit comme un sous-ensemble « mesurable » d'un « univers » (ou ensemble des « possibles »). Les « évènements » sont des objets auxquels sont associées des probabilités. On nomme alors probabilité une application d'un ensemble d'évènements à valeurs dans le segment [0, 1], et l'image par cette application d'un évènement est appelée probabilité de l'évènement. Dans cette optique, des probabilités doivent être associées aux évènements de telle manière que pour des évènements deux à deux disjoints (c'est-à-dire, d'intersection deux à deux vide) A₁, A₂, A₃…, la probabilité de leur union apparaît comme la somme de leurs probabilités, ou, avec les notations mathématiques, :

P\left(A_1\cup A_2\cup A_3\cup\cdots\right)
=P(A_1)+P(A_2)+P(A_3)+\cdots.

Dans le cas particulier d'une « loi de probabilité discrète » l'univers est considéré comme un ensemble fini ou dénombrable

\left\

de résultats à chacun desquels un nombre positif est associé en tant que sa probabilité. Les singletons

\

sont des « évènements élémentaires ». L'un des univers discrets les plus simples est un ensemble fini

\

à chaque élément duquel la même probabilité 1/n est associée. Un exemple d'univers qui n'est pas discret est le segment [ 0, 1 ]. À tout sous-intervalle ]a,b[ de [0, 1] la longueur de ]a, b[ est associée comme probabilité de ce sous-intervalle. La probabilité associée à n'importe quel singleton est dans ce cas 0.

Représentation et interprétation des valeurs de probabilité

Nous comprenons généralement que la valeur 0 représente des évènements pratiquement considérés comme impossibles (en toute rigueur, la définition de la probabilité par l'intégrale de Lebesgue rend théoriquement possible un évènement de probabilité zéro, par exemple celle qu'un nombre réel pris au hasard se trouve être un entier !) tandis que le nombre 1 représente au contraire des évènements pratiquement certains (bien qu'il y ait des interprétations plus avancées de la probabilité qui emploient des définitions plus précises). Les valeurs entre 0 et 1 sont des mesures de la probabilité de la réalisation, dans l'état de connaisance de l'observateur, de quelques évènements. En langage courant, ces nombres sont souvent exprimés comme des fractions ou pourcentages, et doivent être convertis sous forme de nombres à virgule, afin d'effectuer des calculs avec ceux-ci. Par exemple, si deux évènements sont tous deux équiprobables, comme obtenir pile, ou obtenir face en lançant une pièce de monnaie, nous exprimons la probabilité de chaque évènement comme étant « 1 sur 2 » ou « 50% » ou encore « 1/2 », où le numérateur de la fraction est le nombre de réalisations de l'évènement cible et le dénominateur est le nombre total des possibles relatifs à tous les évènements. Pour déterminer la probabilité, nous devons effectuer une division et l'écrire sous la forme « 0,5 ». D'autres façons pour exprimer les probabilités utilisent le mot « chance »; il y a plusieurs formulations qui font intervenir la chance :
- avec deux nombres qui représentent le nombre de réalisations de l'évènement cible et le nombre total de résultats possibles. Par exemple, il y a une chance sur deux pour que l'on obtienne face en lançant un pièce de monnaie.
- ou avec deux nombres qui représentent le nombre de réalisations d'un évènement et le nombre de réalisations de son contraire. Cela permet de comparer les chances de réalisation à celles de non réalisation. On a une chance contre une d'obtenir face en lançant une pièce de monnaie. Pour convertir en probabilité, on calcule la somme des deux nombres pour la placer au dénominateur d'une fraction, ici 1 contre 1 s'écrit 1/2 ; 3 contre 2 donnera une probabilité égale à 3/5 soit 0,6.

Lois (ou distributions) de probabilité

Une des notions les plus importantes en probabilité est celle de variable aléatoire. Une variable aléatoire est une application qui à un résultat possible de l'expérience associe une valeur. Une variable aléatoire va donc prendre telle ou telle valeur suivant le résultat obtenu; et ce ne sont pas les valeurs possibles de la variable, ni la valeur qu'elle prend une fois que l'on connaît le résultat de l'expérience qui sont aléatoires, mais la valeur qu'elle va prendre avant d'avoir effectué l'expérience. Les variables aléatoires furent introduites à l'origine pour représenter un gain. Par exemple effectuons l'expérience suivante, lançons une pièce de monnaie et suivant que le résultat est pile nous gagnons dix euros, ou face nous perdons un euro. Soit G la variable aléatoire qui prend la valeur 10 lorsque nous obtenons pile et la valeur 1 lorsque nous obtenons face. G représente le gain à l'issue d'un lancer de la pièce. La somme des probabilités de toutes les valeurs possibles d'une variable aléatoire valant un, ces probabilités sont en quelque sorte réparties sur ces différentes valeurs. On peut représenter cette répartition par un diagramme en bâton. Toute relation qui établit correspondance entre les valeurs prises par une variable et leur probabilité s'appelle une loi (ou distribution) de probabilité. Il y a plusieurs lois discrètes importantes, telles que la loi uniforme discrète, la loi binomiale, la loi de Poisson, la loi géométrique, la loi binomiale négative et la loi de Maxwell-Boltzmann. Voir l'article loi de probabilité

Remarques sur les calculs de probabilité

Plusieurs problèmes de probabilités se ramènent à un calcul de dénombrement. La difficulté pour calculer des probabilités réside alors uniquement dans la détermination du nombre de cas possibles, du nombre de cas favorables à la réalisation d'un évènement ou du nombre de réalisations d'un évènement. Il peut être aussi particulièrement difficile de tirer des conclusions signicatives à partir des probabilités calculées. Une énigme amusante de probabilité, le problème de Monty Hall met en évidence certains pièges. Pour en apprendre plus sur les fondements de la théorie des probabilités, voyez l'article sur les axiomes des probabilités et les articles sur le théorème de Cox-Jaynes et surtout le théorème de Bayes, qui expliquent l'utilisation des probabilités conditionnelles et des probabilités dites jadis subjectives (en fait, toute probabilité est de facto conditionnelle, ainsi que subjective).

Morphologie mathématique

On nomme morphologie mathématique l'étude des fonctions aléatoires (une fonction aléatoire se définit comme l'association à tout point d'un espace à 1, 2, 3 dimensions ou plus d'une variable aléatoire - voir aussi Processus stochastiques) et la possibilité d'estimer au mieux ces fonctions aléatoires à partir de mesures (c'est-à-dire de réalisations de la fonction aléatoire). L'usage des corrélations permet d'extraire beaucoup plus d'information des mesures (voir krigeage) qu'un usage des probabilités en se privant de l'information spatiale. Cette branche des probabilités a été créée par le professeur Jean Serra de l'École des Mines de Paris et est maintenant largement utilisée pour attaquer tous les problèmes où interviennent à la fois des probabilités et des coordonnées spatiales. Elle a suscité un appareil industriel nommé l'analyseur de texture qui établit par traitement d'image les corrélations dont elle a besoin.
- Présentation très claire : http://web.ccr.jussieu.fr/urfist/image_numerique/chapitre3.htm
- Krigeage : http://www.iag.asso.fr/articles/krigeage_juillet2002.htm
- Site de référence : http://cmm.ensmp.fr/

Voir aussi

- induction de Solomonoff
- épistémologie
- inférence bayésienne
- risque
- cyndinique
- probabilité (mathématiques élémentaires) pour une première approche de la notion ja:確率 simple:Probability th:ความน่าจะเป็น

Noyau atomique

Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de neutrons. La taille du noyau est considérablement plus petite que celle de l'atome (10^-15 m contre 10^-10 m) et concentre quasiment toute sa masse.

Caractéristiques physiques

Composition

Le noyau d'un atome est composé de nucléons extrêmement liés (à l'exception de l'hydrogène dont le noyau est simplement constitué d'un unique proton). Sa cohésion est assurée par l'interaction forte, force prépondérante à l'échelle du noyau, qui maintient les nucléons ensemble et les empêche de s'éloigner les uns des autres (sauf apport extérieur d'énergie ou désintégration).

Isotopes

Un élément est caractérisé par le nombre de protons qui composent son noyau, précisément appelé numéro atomique et noté Z ; un atome possédant autant d'électrons que de protons, Z est également le nombre d'électrons d'un élément. Pour un même élément, il est possible d'obtenir différents nucléides correspondant à des nombre de neutrons différents. Les nucléides de même numéro atomique Z sont appelés isotopes de l'élément ayant ce numéro atomique. Le nombre de masse A d'un atome est le nombre total de nucléons qui le composent. Le nombre de neutrons N est égal à A - Z. Un nucléide X est donc un atome caractérisé par son nombre de masse A et son numéro atomique Z ; il est noté ^A_ZX (lire X A, le numéro atomique étant implicite). Par exemple, l'hydrogène ¹₁H, le deutérium D ou ²₁H et le tritium T ou ³₁H sont trois isotopes de l'hydrogène. Différents isotopes d'un même élément possèdent des propriétés chimiques similaires, car elles dépendent essentiellement de son nombre d'électrons. Leur stabilité et demi-vie peuvent cependant être différentes et leur masse atomique distincte permet de les séparer à l'aide du centrifugeuse ou d'un spectromètre.

Masse atomique

La masse atomique isotopique d'un élément est la masse correspondant à N_A nucléides de ce même isotope, N_A étant le nombre d'Avogadro (environ 6,022 04×10²³). La masse atomique d'un élément chimique est la moyenne pondérée des masses atomiques de ses isotopes naturels ; certains éléments chimiques possèdent des isotopes radioactifs à très longue période, et par conséquent leur composition isotopique naturelle, ainsi que leur masse atomique évolue sur de longues périodes de temps, telles que les ères géologiques. C'est notamment le cas pour l'uranium.

Stabilité

La stabilité d'un noyau atomique dépend du nombre de nucléon qui le composent. Certains noyaux sont stables, c'est à dire que leur durée de vie est théoriquement infinie. D'autres sont instables et tendent à se transformer spontanément en un noyau plus stable par émission d'un rayonnement :
- Radioactivité α s'il emet un ou plusieurs nucléons (proton, neutron ou particule α)
- Radioctivité β s'il emet un électron ou un positron. Ces deux types de radioactivité sont la plupart du temps accompagné d'un rayonnement gamma (émission de photon) ou de neutrinos. Par exemple, l'azote-16 (16 nucléons, 7 protons, 9 neutrons) se transforme en oxygène-16 (16 nucléons, 8 protons, 8 neutrons) quelques secondes après sa création par radioactivité bêta. L'interaction faible transforme l'un des neutrons du noyau en un proton et un électron, modifiant ainsi le numéro atomique de l'atome. La demi-vie d'un isotope est la période au bout de laquelle, statistiquement, la moitié des atomes d'un échantillon initial se seront désintégrés. Différents isotopes possédent des demi-vie différentes, parfois stables pendant des semaines, des années, voire même des milliards d'années.

Taille et forme

La rayon d'un nucléon est de l'ordre de 10^-15 m, soit 1 fm (le terme de rayon s'entend ici au sens d'avoir une probabilité suffisante de détecter le nucléon dans le volume d'espace considéré). Le rayon d'un noyau est souvent approximé, pour un atome ordinaire, par la racine cubique du nombre de masse par 1,2 fm, moins de 0,01% du rayon total de l'atome. La densité du noyau est donc considérablement plus grande que celle de l'atome tout entier. La taille et la forme réelles d'un noyau spécifique dépendent énormément du nombre de nucléons qui le composent, ainsi que de leur état énergétique. Les noyaux les plus stables ont en général une forme sphérique au repos et peuvent prendre la forme d'un ellipsoïde s'ils sont excités, mais d'autres formes existent. Dans le cas des noyaux à halo, quelques nucléons seraient situés à une distance nettement plus grande des autres, entourant donc d'un halo le noyau plus compact formé par les autres nucléons. Le lithium-11 semble par exemple composé d'un noyau de lithium-9 (l'isotope le plus stable) entouré d'un nuage de deux neutrons ; sa taille est alors comparable à celle du plomb-208 qui possède 20 fois plus de nucléons.

Voir aussi

Liens internes

- Fusion nucléaire
- Fission nucléaire
- Isotope
- Masse atomique
- Numéro atomique
- Particule (physique)
- Physique nucléaire
- Radioactivité Catégorie:Particule Catégorie:Physique nucléaire Catégorie:Radiochimie ja:原子核 ko:원자핵 th:นิวเคลียสอะตอม

Proton

Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique de 1,602.10^-19 coulombs. Il fut découvert en 1919 par Ernest Rutherford. Le noyau de l'isotope le plus répandu de l'atome d'hydrogène est un proton. Les noyaux des autres atomes sont composés de neutrons et de protons maintenus ensemble par la force forte. Le nombre de protons dans le noyau détermine les propriétés chimiques de l'atome. Un proton a une masse de 1,672 623 1.10^-27 kg, ce qui est environ 1 836,15 fois plus lourd qu'un électron. Son rayon serait de l'ordre de 0,8 femtomètre, pour des mesures plus précises les résultats divergent selon les méthodes employées. Les protons sont classifiés comme des baryons et sont composés de deux quarks up et d'un quark down, qui sont maintenus ensemble par la force forte, transportée par les gluons. Sa charge électrique est de : 2/3 + 2/3 - 1/3 = 3/3 soit +1. La force électromagnétique étant de nombreux ordres de grandeur plus forte que la gravitation, la charge d'un proton doit être égale à la charge d'un électron, sinon la répulsion nette provenant de l'excès de charge électrique positive ou négative aurait un effet notable sur l'expansion de l'univers et ainsi sur la matière agrégée gravitationnellement (planètes, étoiles, etc.). Il est acquis que le positron a la même charge que l'électron mais de signe opposé ; la même chose s'applique pour l'antiproton et le proton. En chimie et en biochimie, le terme proton peut référer à l'ion hydrogène en solution aqueuse (en d'autres mots, l'ion hydronium). Dans ce contexte, un donneur de proton est un acide et un accepteur de proton est une base (voir les réactions acido-basiques).

Voir également

Articles connexes

- atome
- physique nucléaire

Lien externe

- [http://www.cnrs.fr/Cnrspresse/n22a3.html Analyse de la mesure du rayon d'un proton sur le site du CNRS] Catégorie:Cation Catégorie:Chimie Catégorie:Hadron ja:陽子 ko:양성자 ms:Proton th:โปรตอน

Neutron

Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les protons, sont les constituants du noyau de l'atome. Pour un atome, on note Z le nombre de protons (que l'on appelle nombre atomique ou numéro atomique), A le nombre de protons + neutrons. Le nombre de neutrons est donc A-Z. Masse du neutron: m_n = 939.56533 ± 0.00004 MeV/c² Un neutron fait partie des baryons (hadron formé de 3 quarks) et est composé d'un quark up (charge 2/3 e) et de deux quarks down (2 charges de -1/3 e). Le neutron a été découvert par le physicien anglais James Chadwick en 1932.

Historique

La découverte du neutron a résulté de trois séries d’expériences, faites dans trois pays différents, l’une entraînant l’autre. En ce sens elle est exemplaire de la recherche de la connaissance. En 1930, en Allemagne, W. Bothe et H. Becker, spécialistes du rayonnement cosmique observent que des éléments légers, bombardés par des particules alpha, émettent des rayons « ultra pénétrants » qu’ils supposent être des rayons gamma beaucoup plus énergiques que ceux émis par des noyaux radioactifs ou accompagnant les transmutations nucléaires. En 1931, en France, Irène et Frédéric Joliot-Curie intrigués par ces résultats cherchent à comprendre la nature de ce rayonnement et découvrent qu’il a la propriété de mettre en mouvement des noyaux atomiques et en particulier des protons... Ils supposent qu’il s’agit là d’un effet Compton entre des gamma dont ils estiment l’énergie à environ 50 MeV (une énergie très élevée pour l’époque) et de l’hydrogène. En 1932, en Angleterre, aussitôt ces résultats parus, James Chadwick fait un test confirmant les résultats et va plus loin et mesurant avec précision l’énergie des noyaux projetés en utilisant la réaction alpha + Be → C + n, il peut affirmer que le rayonnement « ultra pénétrant » ne peut être un rayonnement gamma, d’énergie très élevée, mais doit être composé de particules de masse 1 et de charge électrique 0 : c’est le neutron. Chacune des trois équipes avait travaillé avec les appareils dont elle disposait, mais aussi avec ses connaissances et avait baigné dans la tradition de son laboratoire. Il n’est pas étonnant que ce soit au laboratoire de Cambridge, dirigé par Rutherford que le neutron ait été découvert. Depuis 1920, Rutherford, en effet, avait émis l’hypothèse de l’existence du neutron. James Chadwick, fut l’assistant de Rutherford et l’un de ses plus brillants disciples. Ce fut le 3 juin 1920 qu’il entendit Rutherford, dans le cercle des habitués des Bakerian Lectures de la Royal Society, formuler l’idée d’une sorte d’atome de masse 1 et de charge 0 qui n’était pas l’hydrogène : cet objet, n’étant pas sujet aux répulsions électriques que subissaient les protons et les particules alpha, devait pouvoir s’approcher des noyaux et y pénétrer facilement. Chadwick se souvint 12 ans plus tard de cette communication, quand il eut à interpréter les résultats de ses expériences. Plus tard, apprenant que le prix Nobel avait été décerné à Chadwick pour la découverte du neutron, Rutherford dira, selon Emilio Segré : “Pour le neutron, c’est Chadwick tout seul. Les Joliot-Curie sont tellement brillants qu’ils le mériteront vite pour quelque chose d’autre !”.

Voir aussi

- Antineutron
- physique nucléaire
- physique des particules
- proton Catégorie:Chimie quantique catégorie:radiochimie Catégorie:Hadron ja:中性子 ko:중성자 th:นิวตรอน

Fermion

Il existe deux grandes classes de particules: les fermions et les bosons. Les fermions sont des particules à spin semi-entier: l'électron, le proton, le muon, les quarks ou le neutrino sont des fermions...

Les fermions

Il existe deux familles de fermions les leptons qui ne sont pas soumis à l' interaction forte et les quarks qui sont soumis à toutes les interactions de la nature. Dans la famille lepton, on connait: L' électron qui tourne autour du noyau de l' atome. Cette particule stable est de masse modeste, près de 1836 fois moindre que celle du proton, et de charge négative e-. Le muon de même charge que l'électron mais 210 fois plus massif donc instable: il se désintègre en 2,197× 10-6 s seulement par le biais de l' interaction faible laissant à sa place un électron et un neutrino μ et un antineutrino... Le tauon est lui aussi de même charge que l'électron mais sa masse est 3500 fois supérieure: le tauon est donc extrêmement instable et il se désintègre en 10-13s laissant à sa place un neutrino τ et un antineutrino. Le neutrino est le plus léger des fermions, il n'a qu'une charge faible (alors que l'électron possède aussi une charge électrique) si bien qu'il n'a presque aucune interaction avec la matière... Il existe en réalité 3 type de neutrinos: le neutrino μ émis lors de la désintegration d'un muon, le neutrino électronique e émis lors de la désintégration β (transformation d'un neutron en proton) et le neutrino τ émis lors de la désintegration du tauon... En raison de leur modeste masse (les neutrinos μ et τ ont une masse bien inférieure à celle de l'électron), ces trois types de neutrinos sont stables. Les neutrinos sont les particules les plus abondantes de l'Univers, c'est pourquoi on pense qu'ils peuvent représenter une partie de la masse de celui-ci.... On compte six représentants de la famille des quarks: le quark down (d), le quark up (u), le quark strange (s) et trois autres produits en laboratoire... Les quarks s'associent par triplets pour former protons (u,u et d) et neutrons (d,d et u) Leur masse varie mais est dans tous les cas bien supérieure à celle de l'électron. Ils possèdent une charge de couleur qui les soumet à l'interaction forte, la plus importante des interactions.

Le principe d'exclusion de Pauli

Le principe d'exclusion de Pauli formulé en 1925 par Wolfgang Pauli interdit à deux fermions de se trouver au même endroit dans le même état quantique. Ainsi dans l'atome, tous les électrons ont des nombres quantiques différents et c'est le cas dans tous les autres système de fermions...

Propriétés des fermions

A l'échelle quantique, les fermions présentent une nature duale c'est à dire qu'il peuvent se comporter comme des particules mais aussi comme des ondes. A l'échelle classique, celle du grand, on constate que les fermions apparaissent tous comme des particules: c'est le cas de l'électron, du muon et de tous les autres fermions... On remarque également que tous les fermions ont une charge quelconque: le neutrino a une charge faible, l'électron a, en plus, une charge électrique et les quarks naturels (qui ne sont pas obtenus en laboratoire) ont à la fois des charges électrique et faible mais aussi une charge de couleur le soumettant à l'interaction forte. Enfin, si les bosons peuvent être vecteurs d'interactions, ce n'est jamais le cas pour les fermions... Tableau récapitulatif : Catégorie:Particule ja:フェルミ粒子 ko:페르미온

Spin

catégorie:Physique quantique

Introduction

Le spin est une propriété de l'électron et des autres particules de matière. On peut essayer de l'interpréter comme un moment cinétique intrinsèque (comme si la particule tournait sur elle-même, ce qui n'a pas de sens réel : le spin n'a pas d'équivalent en mécanique classique). Cette notion de spin a été introduite dans les années 1920 pour expliquer certains résultats experimentaux (doublets des spectres des métaux alcalins, expérience de Stern et Gerlach, effet Zeeman anormal...). La théorie développée par Pauli permet de rendre compte du spin sans passer par une mécanique quantique relativiste dont elle est cependant un cas limite. La théorie quantique relativiste introduit l'équation de Dirac décrivant l'électron, le spin y apparaît comme une de ses propriétés au même titre que sa masse.

Propriétés

Comme toute grandeur quantique, le spin est quantifié. Il ne peut prendre que des valeurs multiples entière ou demi-entière de la constante de Planck

\hbar

. Les particules ayant un spin demi-entier s'appellent fermions et celles ayant un spin entier s'appellent bosons. Le spin étant un moment cinétique, on peut le representer comme un vecteur

s

de trois opérateurs hermitiens. On lui associe alors un moment magnétique : où g est le rapport gyromagnétique. Pour l'électron on a les valeurs suivante :

g=2

s=

, et on introduit alors le quantum magnetique suivant :

Voir aussi

- Physique des particules ja:スピン角運動量 ko:스핀

Antimatière

L'antimatière désigne une sorte de matière où les particules seraient remplacées par leurs antiparticules. Un atome d'anti-hydrogène, par exemple, est composé d'un anti-proton (de charge négative) autour duquel orbite un anti-électron, appelé « positon » (ou « positron »), de charge positive. Lorsqu'une particule rencontre son antiparticule, les deux réagissent en s'annihilant sous forme d'une incroyable quantité d'énergie pure, toute la masse se transformant en énergie selon la célèbre formule E=mc². Ainsi, la réaction entre un kilogramme d'antimatière et un kilogramme de matière produit 1,8×10¹⁷ joules. En comparaison, la combustion d'un kilogramme de pétrole ne produit que 4,2×10⁷ J (dix milliards de fois moins), et la fusion nucléaire (celle qui anime le soleil) d'un kilogramme d'hydrogène en produit 2,6×10¹⁵ J (cent fois moins). En fait, l'énergie que l'on pourrait produire avec quelques grammes d'antimatière est suffisante pour transporter un vaisseau sur la lune. Des atomes d'anti-hydrogène ont été créés en nombre très limité en laboratoire depuis la fin du , mais leur période de vie est très courte et ils ne peuvent être conservés. De plus, leur création nécessite d'immenses dispositifs (accélérateur de particules) et des quantités effroyables d'énergie, bien plus que n'en libère leur annihilation avec la matière. Bien que l'on rencontre parfois des particules d'antimatière dans l'univers (la première particule d'antimatière fut découverte en 1933 ; il s'agissait d'un anti-électron produit par la rencontre entre des rayons cosmiques et l'atmosphère), dans l'état actuel de nos connaissances il n'y a pas d'atome d'anti-matière à l'état naturel. La disparition de l'antimatière (créée en même temps que la matière selon la théorie du Big Bang) reste un mystère, mais il est certain que sans cela nous n'aurions jamais existé. Une hypothèse pour expliquer la disparition de l'antimatière serait que l'antimatière peuplerait à présent un univers parallèle distinct du nôtre, mais le problème est qu'il est impossible de prouver la véracité de cette hypothèse, puisqu'il est impossible d'entrer en contact avec un univers parallèle (S'il en existe un).
Une autre explication serait qu'il existe des antikaons, une antiparticule capable de se transformer spontanément en sa particule correspondante. Vu que matière et antimatière fonctionnent de la même manière, l'inverse aurait dû être possible avec la même facilité, mais ce ne serait pas le cas : Des antikaons pourraient devenir des kaons, mais parmi ces nouveaux kaons, un petit nombre ne redeviendrait pas un antikaon, et à force de défections, le nombre d'antikaons serait largement inférieur à celui des kaons, par conséquent la matière ne pouvait que prendre le dessus sur l'antimatière. Cette hypothèse est née d'observations faites dans les années 1960 par des physiciens.
Mais ceci n'expliquerait pas tout : le couple kaon/antikaon ne représenterait qu'une minorité de la matière/antimatière, et même si les physiciens estiment qu'il n'y avait qu'un milliardième de matière en plus par rapport à l'antimatière, ils cherchent donc une solution plus complète à ce mystère en étudiant les propriétés d'autres antiparticules, qu'ils produiront dans de grandes installations prochainement (A compléter plus tard, parler du LHC, CMS, Alice...)

Voir aussi

- Violation de la symétrie CP
- principe anthropique
- [http://www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier501-1.php Dossier Antimatière], futura-sciences.com
- ja:反物質

Positron

En physique des particules, le positron ou positon est l'anti-particule associée à l'électron. Prédite par Paul Dirac en 1928, cette forme d'antimatière devint la première expérimentalement mise en évidence (Carl David Anderson, 1932). Le positron possède une charge électrique de +1 (contre -1 pour l'électron), le même spin et la même masse que l'électron. Quand un positron s'annihile avec un électron, leur masse est convertie en énergie sous forme de deux photons gamma.

Voir aussi

- modèle standard
- Particule β
- paul Dirac Catégorie:Antimatière Catégorie:Lepton ja:陽電子 ko:양전자

Positon

Voir aussi

- modèle standard
- Particule β
- paul Dirac Catégorie:Antimatière Catégorie:Lepton ja:陽電子 ko:양전자

Trou d'électron

En physique du solide, un trou d'électron (habituellement appelé tout simplement trou) est l'absence d'un électron dans la bande de valence, qui serait normalement remplie sans le trou. Une bande de valence remplie (ou presque remplie) est une caractéristique des isolants et des semi-conducteurs. Le concept de trou est essentiellemnt une façon simple d'analyser le mouvement d'un grand nombre d'électrons en traitant cette absence d'électron comme une quasi-particule.

Concept instinctif

La conduction d'électricité via les trous peut être expliquée par l'analogie suivante. Imaginez une rangée de personne assises dans un auditorium, où il n'y a pas de chaise libre. Quelqu'un dans le milieu de la rangée veut partir, il saute donc par dessus sa chaise vers une rangée vide et peut ainsi partir. La rangée vide est analogue à la bande de conduction et la personne qui marche est analogue à un électron libre. Imaginez maintenant que quelqu'un d'autre arrive et veut s'asseoir dans la rangée qui contient un siège vide. Comme il ne peut pas accèder directement au siège vide, les personnes assises dans la rangée changent de siège pour lui permettre de s'asseoir. La personne à côté du siège vide s'assied dedans, laissant son propre siège vide. Son voisin fait de même, et l'autre aussi, et cetera. Lorsque le siège sur le bord de la rangée est vide, le nouvel arrivant peut s'asseoir. On peut voir cela comme un processus où tout le monde s'est déplacé, ou de façon équivalente, comme si le siège vide s'était déplacé. Si ces personnes étaient chargées --comme des électrons-- ce mouvement constituerait de la conduction électrique. C'est ainsi que la conduction d'électricité à l'aide de trous fonctionne.

La charge électrique d'un trou

À la place d'analyser le mouvement d'un état vide dans la bande de valence comme le mouvement de milliards d'électrons, les physiciens proposent une particule imaginaire (quasi-particule) appelée trou. Lorsqu'on applique un champ électrique, tous les électrons bougent dans une direction, faisant en sorte que les trous bougent dans la direction opposée. Les physiciens stipulent donc que le trou doit avoir une charge positive. En fait, on assigne aux trous une charge +e, exactement l'opposé de la charge d'un électron.

La masse effective d'un trou

En utilisant la loi de Coulomb, on peut calculer la force exercée sur le trou par le champ électrique. Les physiciens proposent donc une masse effective qui relie la force exercée sur le trou à l'accélération de ce trou. Dans certains semi-conducteurs, tel que le silicium, la masse effective est dépendante de la direction de propagation du trou (anisotropie). Toutefois, on peut obtenir une valeur moyennée sur toutes les directions afin de faire des calculs macroscopiques. Catégorie:Particule ja:正孔

Cristal

__NOTOC__ Le mot cristal n'a pas la même signification dans les expressions « un cristal » et « le cristal ». L'étymon commun est un mot grec signifiant « glace ».

Un cristal

Un cristal est un solide polyédrique, plus ou moins brillant, à structure régulière et périodique, formée d'un empilement ordonné d'un grand nombre d'atomes, de molécules ou d'ions. « ordonné » signifie qu'un même motif est répété à l'identique selon un réseau régulier. La plus petite partie du réseau permettant de recomposer l'empilement est appelé une maille. « grand nombre » résulte des grandes dimensions du cristal (quelques micromètres à plusieurs millimètres) en comparaison avec la taille d'une maille : typiquement quelques dixièmes de nanomètres. Les cristaux les plus communs sont les sels, le sucre, les roches, les métaux, les pierres précieuses (gemmes). Certains objets sont composés d'un seul cristal (par exemple les pierres précieuses), on parle alors de « monocristal ». Mais la plupart des objets sont composés de plusieurs cristaux accolés (ou cristallites), on parle de « polycristaux ». La science qui étudie les cristaux est la cristallographie. Les solides caractérisés par l'irrégularité de l'arrangement de leurs atomes sont qualifié d'amorphes. Voir l'article détaillé cristallographie.

Le cristal

Le cristal est une qualité de verre chauffée à 1 450 °C, qui est amorphe par adjonction d'un minimum de plomb.

Symbolique

Les noces de cristal symbolisent les 15 ans de mariage dans le folklore français.

Bière

La Cristal est une bière portugaise brassée par la brasserie Unicer.

Voir aussi

- cristallisation
- cristaux liquides
- cristaux photoniques
- glossaire des minéraux
- géologie
- minéral catégorie:minéralogie catégorie:cristallographie

Dualité onde-particule

En physique, la dualité onde-particule soutient que la lumière et la matière présentent simultanément des propriétés d'ondes et de particules. Ce concept fait partie des fondements de la mécanique quantique. Cette dualité fusionne les théories de Christiaan Huygens qui considérait que la lumière était composée d'ondes avec celles de Isaac Newton qui considérait que la lumière était des particules.

Approche vulgarisée : métaphore des tourbillons dans l'eau

Le texte initial de cette partie est paru initialement sur le forum usenet news:fr.sci.physique le 13 septembre 2003, et est reproduit ici sous licence GDFL avec l'accord de l'auteur.

Introduction

Un des gros problèmes de la physique quantique est de donner des images. En effet, l'être humain a besoin d'images pour réfléchir, pour retenir (voir l'article Psychologie cognitive). À titre d'exemple, lorsqu'on ne connaît quelqu'un que par la voix (on l'a eu au téléphone ou entendu à la radio) et que l'on voit la personne pour la première fois, on se dit « c'est bien comme cela que je me l'imaginais » ou bien au contraire « je ne me l'imaginais pas du tout comme cela » ; notre cerveau a donc construit une image pour désigner cette personne, bien que l'on ne l'ai jamais vue. Le problème en physique quantique est que, pour se représenter les objets (particules élémentaires), il faut faire appel à deux notions : les ondes et les particules solides. On ne peut se construire des images que par analogie avec ce que l'on connaît, avec notre expérience quotidienne. Ainsi, lorsque l'on s'imagine une onde sonore, il nous vient à l'esprit les vagues sur l'eau ; lorsque l'on s'imagine une particule, il nous vient à l'esprit une bille. Les deux notions sont donc opposées et incompatibles :
Ceci cause un grand trouble, une incompréhension, et entraîne fréquemment un blocage, notamment lorsque l'on se pose la question : « si une particule est bien localisée lors d'un interaction, comment se fait-il qu'elle ne le soit pas hors interaction ? » Nous allons donc ici proposer une image, celle des tourbillons dans l'eau, qui permet de se représenter macroscopiquement ce phénomène. ;Note :
- impossible s'entend dans la cadre de la physique « classique » ; les phénomène de création de masse (création d'une paire électron/positron à partir d'un photon γ), d'annihilation de masse (désintégration) et de fusion nucléaire font justement intervenir la physique quantique

La métaphore

fusion nucléaire Imaginons une rivière, et posons un rocher dans cette rivière. Le courant, en rencontrant le rocher, va donner naissance à des tourbillons. Le tourbillon se détache du rocher, et en s'éloignant, il s'estompe et disparaît. L'objet observé est le tourbillon, mais est-il un objet en lui-même, ou bien est-il juste le produit de l'interaction de deux autres objets ? Assurément, on peut étudier le tourbillon en tant que tel : position, taille, vitesse... mais il ne peut pas exister seul, il est bien le résultat de l'interaction entre le rocher et le courant. Imaginons deux rochers placés à une certaine distance l'un de l'autre, mais alignés dans le fil de l'eau. On observe un tourbillon après le rocher amont, et l'on observe un tourbillon après le rocher aval. Peut-on en déduire que le tourbillon a voyagé d'un rocher à l'autre ? Assurément non. On ne peut pas non plus dire qu'un tourbillon a voyagé depuis la source de la rivière jusqu'au rocher. Le tourbillon se forme localement par interaction du courant avec l'obstacle, mais il n'a pas d'existence propre entre deux obstacles.

Comparaison avec le photon

Le photon est donc comme le tourbillon :
- de même que l'apparition du tourbillon est aléatoire, mais déterminée par la force du courant et la taille du rocher (taille moyenne du tourbillon, fréquence d'apparition), l'apparition du photon est aléatoire mais déterminée par l'onde électromagnétique et l'atome cible ;
- s’il n'y a pas de rocher, il n'y a pas de tourbillon ; de même, si l'onde voyage dans le vide, à aucun moment il n'y a de paquet d'onde ;
- de même que le tourbillon s'estompe, le photon, lorsqu'il est diffusé (c'est-à-dire s'il n'est pas absorbé), s'estompe après et n'est localisé que sur une courte distance après l'interaction. On peut bien entendu faire la comparaison avec toute particule élémentaire, en remplaçant le terme « onde électromagnétique » par « fonction d'onde ».

Limites de la métaphore

Mais comparaison n'est pas raison. Il ne s'agit bien que d'une métaphore, d'une analogie ; les particules ne sont pas des tourbillons. Par ailleurs, la métaphore ne prend pas en compte le phénomène de réduction du paquet d'onde. En effet, dans le cas du tourbillon, on a juste une concentration locale de l'énergie cinétique du courant, mais le courant garde sa force à côté. Dans le cas du photon au contraire, c'est la totalité h·ν de l'énergie de la portion d'onde qui est concentrée dans le paquet d'onde. Ainsi, si le photon est absorbé par l'atome, il ne pourra pas y avoir une autre condensation de paquet d'onde plus loin, donc si un photon se condense sur la plaque métallique, il faudra attendre « un certain temps » (d'autant plus court que le flux d'énergie est grand) pour qu'il y ait une possibilité d'apparition sur la plaque photo. Par ailleurs, le tourbillon suit toujours le sens du courant, alors que le photon est diffusé dans toutes les directions (diffusion Rayleigh).

Historique du concept

Fresnel, Maxwell et Young

Au début des années 1800, les expériences de diffraction faites par Thomas Young et Augustin Fresnel ont démontré l'exactitude des théories de Huygens: ces expériences prouvèrent que quand la lumière est envoyée sur une grille, on observe un motif d'interférence caractéristique, très semblable aux motifs résultant de l'interférence par des vagues; la longueur d'onde de la lumière peut être calculée à partir de tels motifs. James Maxwell, à la fin des années 1800, expliqua la lumière en tant que propagation d'ondes électromagnétiques avec les équations de Maxwell. Ces équations furent vérifiées par maintes expériences et le point de vue de Huygens devint largement admis.

Einstein et photons

En 1905, Albert Einstein réconcilia la théorie de Huygens avec celle de Newton: il expliqua l'effet photoélectrique, un effet dans lequel la lumière n'agit pas en tant qu'onde, en postulant l'existence des photons, quanta d'énergie lumineuse avec des qualités de particules. Einstein postula que la fréquence ν de cette lumière, est lié à l'énergie E des photons: :

E = h \nu

où h est la constante de Planck (6,626 x 10^-34J s).

De Broglie

En 1924, Louis de Broglie affirma que toute matière a une nature ondulatoire. Il donna la relation entre la longueur d'onde λ et le moment p: :

\lambda = \frac

C'est une généralisation de la relation de Planck-Einstein indiquée ci-dessus le moment d'un photon est donné par p = E/c où c est la vitesse de la lumière dans le vide, et λ = c/ν. La formule de de Broglie fut confirmée trois ans après par Clinton Joseph Davisson et Lester Halbert Germer, en dirigeant un faisceau d'électrons qui, contrairement aux photons, ont une masse vers une grille cristalline et en observant les motifs d'interférence prévus. Des expériences semblables ont été depuis entreprises avec des protons et même avec des molécules entières, avec notammentl'expérience d'Estermann et Otto Stern en 1929, et la formule a été confirmée dans tous les cas. La confirmation la plus spectaculaire est celle qui a été faire en 1999 par des chercheurs de l'Université de Vienne , qui ont fait diffracter du fullerène (molécule C₆₀). Dans cette expérience, la longueur d'onde de de Broglie était de 2,5 pm alors que la molécule a un diamètre d'environ 1 nm, soit 400 fois supérieur. ;Bibliographie
- Wave-particle duality of C60, M. Arndt , O. Nairz, J. Voss-Andreae, C. Keller, G. van der Zouw, A. Zeilinger, Nature 401, 680-682, 14 octobre 1999

Ce que la dualité onde-particule implique

La constante de Planck h est extrêmement petite et cela explique pourquoi nous ne percevons pas la nature ondulatoire des objets usuels: leurs longueurs d'onde sont excessivement petites. Le fait que la matière peut avoir des longueurs d'onde très courtes est exploité en microscopie électronique. En mécanique quantique, la dualité onde-particule est expliquée comme ceci : tout système et particule est décrit par des fonctions d'ondes qui codent les distributions de probabilité de toutes les variables mesurables. La position d'une particule est une telle variable. Avant qu'une observation soit faite la position de la particule est décrite en termes d'onde de probabilité qui peuvent interférer les unes avec les autres. Une expérience très simple, l'expérience des fentes de Young, résume la dualité: des électrons (ou toute autre chose) sont dirigés vers un écran avec deux fentes et on enregistre leur position d'impact à l'aide d'un détecteur placé derrière l'écran. On observe un motif d'interférence juste comme celui produit par la diffraction par deux fentes d'une onde lumineuse ou de vagues. Ce motif apparaîtra même si la source d'électrons est diminuée de sorte que seulement un électron par seconde soit émis. D'un point de vue « classique », chaque électron doit passer par la première ou par la deuxième fente. Ainsi le même motif d'interférence devrait être produit si l'expérience était répétée pendant un durée double mais en fermant la première fente pendant la première moitié de l'expérience, puis en fermant la deuxième fente pendant la deuxième moitié. Mais ce n'est pas ce qui se passe: le motif n'émergera pas. En outre, si nous construisons de petits détecteurs autour des fentes afin de déterminer quel chemin un électron particulier prend, alors cette mesure même détruira aussi le motif d'interférence. Le motif est le résultat de la diffraction de la fonction d'onde de l'électron diffracté par les deux fentes et interférant avec lui-même. La fonction d'onde est une fonction complexe de l'espace et du temps. Le carré de l'amplitude de cette fonction décrit la probabilité de trouver l'électron à un endroit donné à un moment donné. L'interférence est due au fait que le carré de l'amplitude de la somme de deux nombres complexes peut être, et généralement est, différente de la somme des carrés de leur amplitude. L'expérience illustre également un dispositif intéressant de la mécanique quantique. Jusqu'à ce qu'une observation soit faite, la position d'une particule est décrite en termes d'ondes de probabilité, mais après que la particule est observée, elle est décrite par une valeur fixe. Comment conceptualiser le processus de la mesure est un des grandes questions de la mécanique quantique qui est encore non-résolue. L'interprétation standard est l'interprétation de Copenhague qui mène à des expériences de pensée intéressantes comme celle du chat de Schrödinger. Une autre interprétation est l'interprétation des mondes multiples (Multivers).

Voir aussi

Articles connexes

- rayons X
- électromagnétisme
- Erwin Schrödinger
- Niels Bohr
- Optique géométrique

Lien externe

- [http://www.quantum.univie.ac.at/research/matterwave/c60/index.html Diffraction and Interference with Fullerenes: Wave-particle duality of C60] (Université de Vienne) catégorie:Physique quantique ko:물질파

Atome

L'atome est un composant de la matière, défini du point de vue de la chimie comme la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner avec une autre. Le mot provient du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ». L'atome était pour certains philosophes de la Grèce antique le plus petit élément indivisible de la matière. La notion d'atome est largement utilisée dans les diverses théories permettant d'expliquer les propriétés physiques de la matière, notamment dans ses états gazeux (la compressibilité des gaz), liquide et solide (l'ordonnancement des cristaux). En chimie, l'atome est l'élément de base, il constitue la matière et forme les molécules : les atomes restent indivisibles au cours d'une réaction chimique (en acceptant la légère exception que constituent les échanges d'électrons périphériques). Cependant, depuis le début du , des expériences de physique nucléaire ont mis en évidence l'existence des constituants de l'atome que sont les particules élémentaires.

Caractéristiques de l'atome

La majeure partie de la masse de l'atome se trouve concentrée dans un très faible volume (dimension de l'ordre de 10^-15 m) : le noyau, composé de deux sortes de particules semblables, appelées nucléons :
- les neutrons, particules de charge électrique nulle, et de masse égale à : :::m_n = 1,674 95×10^-27 kg ;
- les protons, particules de charge électrique positive égale à : :::e = 1,602 189×10^-19 C, :et de masse égale à : :::m_p = 1,672 65×10^-27 kg. La masse du proton étant très proche de celle du neutron, il est pratique de caractériser un noyau par son nombre de nucléons, appelé nombre de masse. Autour du noyau se trouve « un nuage » de particules identiques : les électrons ; les dimensions de ce nuage électronique (de l'ordre d'un angström, ou 10^-10 m) correspondent à celles de l'atome. Les électrons possèdent une charge électrique négative égale à : :::e = 1,602 189×10^-19 C, identique à celle du proton en valeur absolue ; leur masse est bien plus faible que celles des nucléons : :::m_e = 9,109 53×10^-31 kg. La charge électrique d'un atome est neutre, car le nombre d'électrons (chargés négativement) du nuage électronique est égal au nombre de protons (chargés positivement) constituant le noyau. Ainsi, les charges électriques s'annulent d'un point de vue macroscopique. Les atomes sont susceptibles de se charger électriquement, en gagnant (la charge de l'atome devient négative) ou en perdant (la charge de l'atome devient positive) un ou plusieurs électrons ; on parle alors d'ions. Les propriétés physiques et chimiques des atomes dépendent essentiellement du nombre de protons qui composent leur noyau. Aussi, les atomes sont-ils classés suivant ce nombre, appelé nombre atomique. La matière constituée d'un ensemble quelconque d'atomes de même nombre atomique est un corps simple, ou élément chimique. Les atomes ayant un même nombre atomique, mais des nombres de masse différents (nombre de neutrons différent), sont appelés is