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Vidéo de la leçon : Quarks Chimie

Dans cette leçon, nous allons apprendre comment décrire les propriétés des quarks et la composition des protons et des neutrons.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons découvrir les quarks, un type de particule fondamentale. Nous allons découvrir les propriétés des quarks et comment ils peuvent se combiner pour créer des particules plus grandes, telles que le proton et le neutron. Voici un atome d’hélium. Son noyau contient deux protons et deux neutrons. Autour du noyau se trouvent les deux électrons dans le nuage électronique. Maintenant, lesquels de ces trois types de particules sont des particules fondamentales, ou des particules élémentaires ?

Les particules fondamentales ou élémentaires sont des particules qui ne sont pas constituées de particules plus petites. Vous avez peut-être pensé que le proton, le neutron et l’électron sont toutes des particules fondamentales. Bien que cela soit vrai pour l’électron, le neutron et le proton ne le sont pas. Si nous pouvions zoomer sur ces trois particules et les regarder d’une manière ou d’une autre, nous verrions que le proton et le neutron sont composés chacun de trois particules plus petites. Ces plus petites particules fondamentales qui composent le proton et le neutron sont appelées quarks.

Comme nous pouvons le voir sur cette figure, il existe différents types de quarks. Les différents types de quarks sont appelés des saveurs, et oui, c’est le terme scientifique. Il y a six saveurs de quarks : up (haut), down (bas), charm (charme), strange (étrange), top et bottom (haut et fond). Les quarks, avec les autres particules fondamentales, constituent ce qu’on appelle le modèle standard. Le modèle standard est composé de particules qui nous sont familières, comme les quarks, l’électron et le photon, ainsi que de nombreuses autres particules que nous n’avons probablement pas vues auparavant.

Ces particules à gauche sont appelées fermions dans le modèle standard. Les fermions sont les éléments constitutifs de la matière, tout comme le quark et l’électron qui constituent les atomes. Ces particules à droite sont des bosons dans le modèle standard. Les bosons sont responsables des forces fondamentales de la nature. Les photons, par exemple, sont émis ou absorbés chaque fois qu’il y a une variation du rayonnement électromagnétique. Nous n’avons pas à nous soucier des détails du modèle standard car cela demande de bien rentrer dans le domaine de la physique des particules. Passons donc aux propriétés des quarks, en commençant par la charge électrique.

Pour exprimer la charge de quarks, nous utiliserons des charges élémentaires, notées par la lettre 𝑒. Pour référence, la charge du proton est positive et vaut 𝑒 et la charge de l’électron est négative et vaut 𝑒. La charge électrique des quarks dépend de leur saveur. Les quarks up, charm et top ont tous une charge positive qui vaut deux tiers de 𝑒, tandis que les quarks down, strange et bottom ont des charges égales à moins un tiers de 𝑒. Dans la nature, les quarks n’existent jamais seuls. Les quarks se trouvent toujours en groupes de deux ou de trois. Les quarks sont maintenus ensemble par l’interaction forte. Un groupe de quarks maintenus ensemble par l’interaction forte crée une particule plus grande. Ces particules fabriquées à partir de quarks sont collectivement appelées hadrons. Deux exemples de hadrons que nous connaissons sont le proton et le neutron.

Voyons quels quarks composent le proton et le neutron. Le proton est composé de deux quarks up et d’un quark down. Le neutron est composé d’un quark up et de deux quarks down. Nous pouvons calculer la charge du proton et du neutron en utilisant les charges des quarks qui les composent. Le proton est composé de deux quarks up, qui ont chacun une charge positive égale à de deux tiers de 𝑒, et un quark down, qui a une charge négative égale à un tiers de 𝑒. Cela nous donne une charge positive égale à une charge élémentaire pour la charge du proton, ce à quoi nous nous attendions. Si nous additionnons les charges du quark up et des deux quarks down qui composent le neutron, nous obtenons zéro, encore une fois ce que nous attendions pour la charge du neutron.

Maintenant, nous avons appris ce que sont les quarks, les différentes saveurs des quarks et les propriétés des quarks. Alors testons nos connaissances avec un exercice.

Lequel des énoncés suivants n’est pas un type de quark ? (A) Up (Haut), (B) bottom (fond), (C) strange (étrange), (D) left (gauche) ou (E) down (bas).

Les quarks sont un type de particule fondamentale. Les quarks se combinent pour former d’autres particules, telles que le proton et le neutron. Il existe six types de quarks, appelés saveurs. Les différentes saveurs des quarks sont up (haut), down (bas), charm (charme), strange (étrange), top (haut) et bottom (fond). Cette question nous demande d’identifier quel choix n’est pas un type ou une saveur de quark. En regardant les choix de réponses, nous verrons que même si de nombreux quarks ont des noms liés à une direction, left (gauche) n’en fait pas partie.

Une particule composée est composée de deux quarks up et d’un quark down. Quelle est la charge électrique globale de cette particule ?

Un quark est un type de particule fondamentale. Une particule fondamentale est une particule qui n’est pas composée de particules plus petites. Dans la nature, les quarks n’existent jamais seuls. Ils se combinent pour créer d’autres particules plus grandes. La particule composée de cette question est composée de deux quarks up et d’un quark down. La particule composée de deux quarks up et un quark down est le proton. La charge électrique globale du proton est positive.

Même sans avoir identifié cette particule composite comme le proton, nous pouvons répondre à cette question. Nous pouvons calculer la charge électrique globale de la particule en utilisant les charges des quarks. Le quark up a une charge positive de deux tiers de la charge élémentaire, et le quark down a une charge négative d’un tiers de la charge élémentaire. Si nous additionnons les charges pour les quarks qui composent la particule composite, nous obtenons une charge positive. Donc, de toute façon, nous résolvons cette question, la charge électrique globale de la particule composite est positive.

Maintenant, résumons cette vidéo avec les points clés. Les quarks sont un type de particule fondamentale qui constitue les protons et les neutrons. Il existe six types de quarks, appelés saveurs. Les six saveurs des quarks sont up (haut), down (bas), charm (charme), strange (étrange), top (haut) et bottom (fond). Les quarks up, charm et top ont une charge positive de deux tiers de 𝑒, et les quarks down, strange et bottom ont une charge négative d’un tiers de 𝑒. Les protons sont constitués de deux quarks up et un quark down, tandis que les neutrons sont constitués d’un quark up et de deux quarks down.

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