* * * Chapitre 3: les fermions. * * *
Les forces fondamentales que nous avons vues précédemment agissent sur la deuxième grande famille de particules : les fermions. Autrement dit, les fermions interagissent entre eux par l'intermédiaire des bosons. On distingue parmi les fermions deux sous-familles : les leptons et les hadrons. Les leptons ne sont pas soumis à l'interaction forte, tandis que les hadrons sont soumis à toutes les forces de la nature. A noter que tous les fermions possèdent un spin demi-entier.
La famille des leptons contient dans un premier groupe l'électron, de masse 1836 fois plus faible que le proton et de charge négative. Le muon, particule instable de même charge que l'électron mais avec une masse 210 fois supérieure. Enfin, le tauon, particule extrêmement instable de masse 3500 fois supérieure à l'électron et de charge identique.
Dans le second groupe, nous allons trouver les neutrinos. Un neutrino est une particule de masse quasi nulle et sans charge électrique, ce qui fait d'elle une particule très difficile à détecter puisqu'elle n'interagit que peu avec la matière. A chaque particule du premier groupe correspond un neutrino : nous avons le neutrino électronique, émis lors de la désintégration bêta en radioactivité, qui transforme un neutron en proton. Le neutrino muonique émis lors de la désintégration d'un muon et enfin le neutrino tauonique émis lorsqu'un tauon se désintègre.
La deuxième famille de fermions, les hadrons, est fondamentalement constituée de 6 quarks : les quarks down (d) de charge -1/3, up (u) de charge +2/3, strange (s), charm (c), top (t) et bottom (b). Parmi les hadrons, nous trouvons les mésons qui sont constitués de deux quarks, et les baryons constitués de trois quarks. Le proton, composé de 2 quarks u et 1 d (u ; u ; d), et le neutron (d ; d ; u), sont donc des baryons. Si l'on s'intéresse à la charge, on constate que pour le proton, 2*(+2/3)+1*(-1/3), ce qui donne une charge de +1, et pour le neutron, 2*(-1/3)+1*(+2/3) = 0, donc une charge neutre. Il est important de savoir que dans la nature, on n'observe jamais de quarks seuls. Cela est du à une propriété appelée la liberté asymptotique : contrairement aux autres forces, la force forte augmente lorsque la distance entre deux quarks augmente. Ainsi, plus les quarks sont éloignés les uns des autres, plus l'attraction entre eux sera forte.
Une propriété quantique très importante concernant les fermions est le principe d'exclusion de Pauli, formulé en 1925. Celui-ci stipule que deux fermions ne peuvent se trouver dans le même état quantique au même endroit. Ce principe explique notamment pourquoi des astres comme les naines blanches ou les étoiles à neutrons sont stables.
La famille des leptons contient dans un premier groupe l'électron, de masse 1836 fois plus faible que le proton et de charge négative. Le muon, particule instable de même charge que l'électron mais avec une masse 210 fois supérieure. Enfin, le tauon, particule extrêmement instable de masse 3500 fois supérieure à l'électron et de charge identique.
Dans le second groupe, nous allons trouver les neutrinos. Un neutrino est une particule de masse quasi nulle et sans charge électrique, ce qui fait d'elle une particule très difficile à détecter puisqu'elle n'interagit que peu avec la matière. A chaque particule du premier groupe correspond un neutrino : nous avons le neutrino électronique, émis lors de la désintégration bêta en radioactivité, qui transforme un neutron en proton. Le neutrino muonique émis lors de la désintégration d'un muon et enfin le neutrino tauonique émis lorsqu'un tauon se désintègre.
La deuxième famille de fermions, les hadrons, est fondamentalement constituée de 6 quarks : les quarks down (d) de charge -1/3, up (u) de charge +2/3, strange (s), charm (c), top (t) et bottom (b). Parmi les hadrons, nous trouvons les mésons qui sont constitués de deux quarks, et les baryons constitués de trois quarks. Le proton, composé de 2 quarks u et 1 d (u ; u ; d), et le neutron (d ; d ; u), sont donc des baryons. Si l'on s'intéresse à la charge, on constate que pour le proton, 2*(+2/3)+1*(-1/3), ce qui donne une charge de +1, et pour le neutron, 2*(-1/3)+1*(+2/3) = 0, donc une charge neutre. Il est important de savoir que dans la nature, on n'observe jamais de quarks seuls. Cela est du à une propriété appelée la liberté asymptotique : contrairement aux autres forces, la force forte augmente lorsque la distance entre deux quarks augmente. Ainsi, plus les quarks sont éloignés les uns des autres, plus l'attraction entre eux sera forte.
Une propriété quantique très importante concernant les fermions est le principe d'exclusion de Pauli, formulé en 1925. Celui-ci stipule que deux fermions ne peuvent se trouver dans le même état quantique au même endroit. Ce principe explique notamment pourquoi des astres comme les naines blanches ou les étoiles à neutrons sont stables.
