Liste de particules

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Cet article est une liste de particules en physique des particules, incluant les particules élémentaires actuellement connues et hypothétiques, ainsi que les particules composites qui peuvent être construites à partir d'elles.

Particules élémentaires[modifier | modifier le code]

Une particule élémentaire est une particule ne possédant aucune structure interne mesurable, c’est-à-dire qu'elle n'est pas composée d'autres particules. Il s'agit des objets fondamentaux de la théorie quantique des champs.

Les particules élémentaires peuvent être classées selon leur spin :

  • les fermions possédant un spin demi-entier qui constituent la matière de l'univers,
  • les bosons ayant un spin entier et qui donnent naissance aux forces agissant entre les particules de matière. Ils sont aussi appelés "particules support de force" ou "particules virtuelles"[1].

Modèle standard[modifier | modifier le code]

Le modèle standard décrit l'état actuel des connaissances des particules élémentaires. Toutes les particules du modèle standard ont été observées de manière certaine à part le boson de Higgs[2]

Fermions (spin demi-entier)[modifier | modifier le code]

Structure du proton : 2 quarks up et un quark down.

Les fermions possèdent un spin demi-entier ; pour tous les fermions élémentaires connus, il s’agit de ½. Chaque fermion possède sa propre antiparticule distincte. Les fermions sont les briques de base de la matière. Ils sont classés suivant qu’ils interagissent par l’intermédiaire de l’interaction forte ou pas. Selon le modèle standard, il existe douze saveurs de fermions élémentaires : six quarks et six leptons.

  • Les quarks interagissent par l’intermédiaire de l’interaction forte. Leurs antiparticules respectives sont les antiquarks. Il existe six saveurs de quarks :
Génération Nom / Saveur Charge électrique (e) Masse (MeV) Antiquark
1 Up (u) +2/3 1,5 à 4 Anti-up (\overline{u})
Down (d) −1/3 4 à 8 Anti-down (\overline{d})
2 Strange (s) −1/3 80 à 130 Anti-strange (\overline{s})
Charm (c) +2/3 1 150 à 1 350 Anti-charm (\overline{c})
3 Bottom (b) −1/3 4 100 à 4 400 Anti-bottom (\overline{b})
Top (t) +2/3 170 900 ± 1 800 Anti-top (\overline{t})
  • Les leptons n’interagissent pas par l’intermédiaire de l’interaction forte. Leurs antiparticules respectives sont les antileptons (même si l’antiparticule de l’électron est appelée positron pour des raisons historiques). Il existe six saveurs de leptons :
Lepton chargé / antiparticule Neutrino / antineutrino
Nom Symbole Charge électrique (e) Masse (MeV) Nom Symbole Charge électrique (e) Masse (MeV)
Électron / positron e^- \, / \, e^+ −1 / +1 0,511 Neutrino électronique / antineutrino électronique \nu_e \, / \, \overline{\nu}_e 0 < 0,0000022 [3]
Muon \mu^- \, / \, \mu^+ −1 / +1 105,7 Neutrino muonique / antineutrino muonique \nu_\mu \, / \, \overline{\nu}_\mu 0 < 0,17 [3]
Tauon \tau^- \, / \, \tau^+ −1 / +1 1 777 Neutrino tauique /
antineutrino tauique
\nu_\tau \, / \, \overline{\nu}_\tau 0 < 15,5 [3]

Note : on sait que les masses des neutrinos ne sont pas nulles à cause de l’effet d’oscillation, mais elles sont suffisamment faibles pour ne pas avoir été mesurées directement en 2006.

Bosons (spin entier)[modifier | modifier le code]

Les bosons possèdent un spin entier. Les interactions élémentaires sont transmises par les bosons de jauge et leur masse est théoriquement créée par le boson de Higgs. Selon le modèle standard, les bosons élémentaires sont :

Nom Charge (e) Spin Masse (GeV) Interaction
Photon 0 1 0 Électromagnétisme
W± ±1 1 80,4 Interaction faible
Z0 0 1 91,2 Interaction faible
Gluon 0 1 0 Interaction forte
Higgs 0 0 >115 Interaction de masse

Le boson de Higgs (de spin nul) est prédit par la théorie électrofaible. Le 4 juillet 2012, le CERN a annoncé que des signaux pouvant correspondre au boson de Higgs avait été trouvé dans deux expériences indépendantes. Dans le mécanisme de Higgs du modèle standard, le boson de Higgs est créé par une brisure spontanée de symétrie du champ de Higgs. La masse intrinsèque des particules élémentaires (tout particulièrement celle des bosons W et Z) est expliquée par leur interaction avec ce champ.

Particules hypothétiques[modifier | modifier le code]

  • Les théories supersymétriques prédisent l'existence de plus de particules, aucune n'ayant été confirmée expérimentalement en 2009 :
    • le neutralino (spin ½) est une superposition du Photino (superpartenaire du photon), du Zino ( superpartenaire du boson Z) et du Higgsino (superpartenaire du boson de Higgs). Il s'agit du candidat principal pour la matière noire. Les superpartenaires des bosons chargés sont appelés charginos.
    • le photino (spin ½) est le superpartenaire du photon.
    • le gravitino (spin 3/2) est le superpartenaire du graviton dans les théories de la supergravité.
    • les sleptons et les squarks (spin 0s) sont les superpartenaires des fermions du modèle standard. Le squark stop (superpartenaire du quark top) est supposé léger et est souvent le sujet de recherches expérimentales.
    • la supersymétrie associe à chaque fermion un boson, et réciproquement :
      • le squark, boson superpartenaire du quark (fermion)
      • le sélectron, boson superpartenaire de l'électron (fermion)
      • le sneutrino, boson superpartenaire du neutrino (fermion)
      • le gluino, fermion superpartenaire du gluon (boson)
      • le photino, fermion superpartenaire du photon (boson)
  • Le monopôle magnétique est le nom général de particules possédant une charge magnétique non-nulle ; elles sont prédites par certaines théories de grande unification.
  • Le tachyon est une particule hypothétique qui voyage plus rapidement que la vitesse de la lumière et possède une masse au repos imaginaire
  • Le préon était une sous-structure théorique des quarks et des leptons, mais les collisionneurs n'ont pas prouvé leur existence.

Particules composites[modifier | modifier le code]

Hadrons[modifier | modifier le code]

Les hadrons sont des particules composites utilisant l'interaction forte. S'il s'agit d'une composition de :

Le modèle des quarks, proposé en 1964 par Murray Gell-Mann et George Zweig (de façon indépendante), décrit les hadrons comme composé de quarks et d'antiquarks de valence, lié par l'interaction forte, laquelle est transmise par des gluons. Une « mer » de paires quark-antiquark virtuelles est également présente dans chaque hadron.

Baryons (fermions)[modifier | modifier le code]

Une combinaison de trois quarks u, d ou s avec un spin total de 3/2 forme un décuplet baryonique.

Pour une liste détaillée, voir Baryon.

Les baryons ordinaires contiennent trois quarks ou antiquarks de valence :

  • Les nucléons sont les composants fermioniques des noyaux atomiques standards :
  • Les hypérons tels les particules Λ, Σ, Ξ et Ω, qui contiennent un ou plusieurs quarks strange, ont une durée de vie courte et sont plus massifs que les nucléons.
  • Quelques baryons comportants des quarks charm et bottom ont été observés.

Quelques indications de l'existence de baryons exotiques ont été détectées récemment, mais leur existence est toujours incertaine :

  • Le pentaquark est formé de quatre quarks de valence et d'un antiquark de valence.

Mésons (bosons)[modifier | modifier le code]

Des mésons de spin 0 forment un nonuplet

Pour une liste détaillée, voir Méson.

Les mésons ordinaires contiennent un quark de valence et un antiquark de valence, et incluent le pion, le kaon, le méson J/Ψ. Dans les modèles d'hadrodynamique quantique, l'interaction forte entre nucléons est transmise par des mésons.

Des mésons exotiques pourraient exister. Leur signature a été détectée, mais leur existence est toujours incertaine :

  • Le tétraquark est formé de deux quarks et de deux antiquarks de valence.
  • La boule de glu est formée de gluons liés et ne possède aucun quark de valence.
  • les hybrides sont formés de un ou plusieurs quarks ou antiquarks de valence et d'un ou plusieurs gluons.

Noyaux atomiques[modifier | modifier le code]

Le noyau atomique est formé de protons et de neutrons. Chaque type de noyau contient un nombre spécifique de ces deux particules et est appelé un isotope.

Atomes[modifier | modifier le code]

Les atomes sont les plus petites particules neutres du point de vue des réactions chimiques. Un atome est constitué d'un noyau atomique entouré d'un nuage électronique. Chaque type d'atome correspond à un élément chimique spécifique.

Molécules[modifier | modifier le code]

Les molécules sont les plus petites particules en lesquelles une substance non-élémentaire peut être divisée tout en conservant ses propriétés physiques. Les molécules sont des composés d'un ou plusieurs atomes.

Matière condensée[modifier | modifier le code]

Les équations de champ de la physique de la matière condensée sont remarquablement similaires à celles de la physique des particules. En conséquence, la plus grande part de la physique des particules s'applique à la matière condensée ; en particulier, certaines excitations de champs appelée quasi-particules peuvent être créées et étudiées :

Autres[modifier | modifier le code]

Catégorisation par vitesse[modifier | modifier le code]

  • Un bradyon (ou tardyon) se déplace moins vite que la lumière et possède une masse non-nulle.
  • Un luxon se déplace à la vitesse de la lumière et possède une masse nulle.
  • Un tachyon est une particule hypothétique qui se déplacerait plus vite que la vitesse de la lumière et possèderait de ce fait une masse imaginaire. L'existence de tachyons poserait de nombreux problèmes conceptuels : par exemple, il existerait des tachyons d'énergie nulle, qui pourraient être émis en paires au sein du vide.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. Une brève histoire du temps. Du Big Bang aux trous noirs. Hawking (1989)
  2. http://press.highenergyphysicsmedia.com/2/post/2012/07/cern-experiments-observe-particle-consistent-with-long-sought-higgs-boson1.html
  3. a, b et c (en) « Laboratory measurements and limits for neutrino properties ».