Transcription de la vidéo
Laquelle des options suivantes est composée de trois quarks sous la forme uud ? (A) Un proton, (B) un électron, (C) des particules bêta, (D) des particules alpha, ou (E) un neutron.
Les quarks sont des particules subatomiques à charge électrique fractionnaire et sont des constituants fondamentaux de la matière. Il existe six types ou saveurs de quark, qui sont « up » (haut), « down » (bas), « charm » (charme), « strange » (étrange), « top » (dessus) et « bottom » (dessous), et qui ont pour symbole u, d, c, s, t et b. Dans cette question, on nous demande : « Laquelle des options est composée de trois quarks sous la forme uud ? » Nous ne sommes donc intéressés que par deux des types de quark, « haut » et « bas ».
L’option (A) est « un proton ». Les protons et les neutrons sont composés de quarks. Les protons et les neutrons sont exclusivement formés d’une combinaison de trois quarks « haut » et « bas ». Donc, l’option (A) « un proton » ou l’option (E) « un neutron » pourrait être la réponse à cette question.
L’option (B) est « un électron ». Un électron est une particule élémentaire ou fondamentale. Cela signifie qu’elle n’est pas composée d’autres particules. Donc, il ne peut pas être composé de trois quarks. Donc, l’option (B) « un électron » n’est pas la réponse à cette question. L’option (C) est « des particules bêta ». Les particules bêta sont des électrons ou des positrons de haute énergie. Nous avons déjà établi qu’un électron est une particule fondamentale, il ne peut donc pas être composé de quarks. Un positron est une antiparticule de l’électron. Il a la même masse qu’un électron, mais sa charge est opposée à celle d’un électron. Donc, il a une charge de plus un. Les positrons, comme les électrons, ne sont pas composés de quarks. Nous savons donc que l’option (C) « les particules bêta » n’est pas la réponse à cette question.
L’option (D) est « des particules alpha ». Une particule alpha est composée de deux protons et de deux neutrons, elle est donc identique à un noyau d’hélium quatre. Puisque chaque proton ou neutron est composé de trois quarks, une particule alpha est composée de 12 quarks. Puisque on nous demande « Laquelle des options suivantes est composée de trois quarks ? », nous savons que l’option (D) « des particules alpha » ne peut pas être la réponse. Il nous reste donc à déterminer si la réponse à cette question est (A) « un proton » ou (E) « un neutron ».
Nous pouvons le faire en examinant les charges des quarks u et d. La charge du quark « haut » est de plus deux tiers de 𝑒, où 𝑒 est la charge élémentaire et est définie comme la charge électrique transportée par un seul proton. Elle a pour valeur 1,602 fois 10 à la puissance moins 19 coulombs. Un quark « bas » a une charge de moins un tiers de 𝑒. La définition d’une charge élémentaire nous dit qu’un proton a la charge 𝑒. Ceci s’écrit plus un 𝑒 ou parfois, seulement plus un. Un neutron, par contre, n’a pas de charge. Donc, pour des quarks sous la forme uud, la charge est de plus deux tiers de 𝑒 plus deux tiers de 𝑒 moins un tiers de 𝑒.
Si nous calculons la réponse à cette somme, nous obtenons plus trois sur trois de 𝑒, ce qui équivaut à plus un 𝑒. C’est la même chose que la charge d’un proton. Un proton est donc composé de deux quarks « haut » et d’un quark « bas ». Un neutron, en revanche, contient un quark « haut » et deux quarks « bas ». Si nous additionnons les charges d’un quark « haut » et de deux quarks « bas », nous obtenons zéro, ce qui correspond à la charge d’un neutron. Nous avons utilisé les charges électriques des quarks « haut » et « bas » pour montrer qu’un proton contient deux quarks « haut » et un quark « bas ».
Donc, la réponse à la question « Laquelle des options suivantes est composée de trois quarks sous la forme uud ? » est (A) « un proton ».
