Particules élémentaires

Les électrons et les quarks ne contiennent aucune structure discernable ; ils ne peuvent être réduits ou séparés en composants plus petits. Il est donc raisonnable de les appeler des particules « élémentaires », un nom qui, dans le passé, a été donné par erreur à des particules telles que le proton, qui est en fait une particule complexe qui contient des quarks. Le terme de particule subatomique désigne à la fois les véritables particules élémentaires, comme les quarks et les électrons, et les particules plus grandes que forment les quarks.

Bien qu’ils soient tous deux des particules élémentaires, les électrons et les quarks diffèrent à plusieurs égards. Alors que les quarks forment ensemble les nucléons au sein du noyau atomique, les électrons circulent généralement vers la périphérie des atomes. En effet, les électrons sont considérés comme distincts des quarks et sont classés dans un groupe séparé de particules élémentaires appelé leptons. Il existe plusieurs types de leptons, tout comme il existe plusieurs types de quarks (voir ci-dessous Quarks et antiquarks). Cependant, seuls deux types de quark sont nécessaires pour former les protons et les neutrons, qui, avec l’électron et une autre particule élémentaire, constituent tous les éléments nécessaires à la construction du monde quotidien. La dernière particule nécessaire est une particule électriquement neutre appelée neutrino.

Les neutrinos n’existent pas au sein des atomes au sens où les électrons le font, mais ils jouent un rôle crucial dans certains types de désintégration radioactive. Dans un processus de base d’un type de radioactivité, connu sous le nom de désintégration bêta, un neutron se transforme en proton. En effectuant ce changement, le neutron acquiert une unité de charge positive. Pour maintenir constante la charge globale dans le processus de désintégration bêta et se conformer ainsi à la loi physique fondamentale de la conservation de la charge, le neutron doit émettre un électron chargé négativement. En outre, le neutron émet également un neutrino (à proprement parler, un antineutrino), qui a peu ou pas de masse et aucune charge électrique. Les désintégrations bêta sont importantes dans les transitions qui se produisent lorsque des noyaux atomiques instables se transforment pour devenir plus stables, et pour cette raison, les neutrinos sont un composant nécessaire pour établir la nature de la matière.

Le neutrino, comme l’électron, est classé comme un lepton. Ainsi, il semble à première vue que seuls quatre types de particules élémentaires – deux quarks et deux leptons – devraient exister. Dans les années 1930, cependant, bien avant que le concept de quarks ne soit établi, il est devenu évident que la matière est plus compliquée.

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