Zoo de Particules : voyage dans le monde subatomique étrange
Pour aller dans un pays extraordinaire plein de merveilles et de secrets, vous n’avez pas besoin de vous faufiler avec une armoire enchanteresse, de monter un animal volant qui ne devrait pas être capable de voler ou de sauter négligemment avec un site dans une mesure supplémentaire. Non, tout ce que vous avez à faire est d’ouvrir votre accélérateur de particules et de regarder en bas, en bas, en bas.
Au degré subatomique, la vraie variété et l’élégance de la nature apparaissent sur un écran complet, avec une sélection excessive de bits, de forces et de champs qui sifflent et vrombissent, régulés par des réglementations physiques presque impénétrables. Pourtant, d’une manière ou d’une autre, plutôt que de produire un désordre chaotique, toutes leurs communications complexes créent le globe macroscopique régulier, organisé et à motifs que nous connaissons bien.
On peut comprendre ce petit monde comme séparé dans une hiérarchie stricte, avec des lignes claires entre les dirigeants et les gouvernés, entre ceux qui se reposent confortablement dans leurs châteaux stables et les humbles paysans qui font le travail. Les interactions entre les nombreux citoyens sont gravées dans le marbre par des règles inaltérables : il y a un espace pour chacun, et chacun y appartient.
C’est excellent d’être le roi
Au centre de tout cela se trouve l’une des particules stables les plus massives : les quarks up et down. Leur durabilité leur permet de se lier les uns aux autres jusque dans des citadelles presque imprenables : les châteaux de nucléons appelés protons et neutrons. Cependant, ce ne sont pas les quarks eux-mêmes qui maintiennent ces châteaux nucléoniques. Sans aucun doute, la masse consolidée de tous les quarks dans un nucléon est beaucoup plus petite que la masse d’un proton ou d’un neutron.
Au lieu de cela, les quarks arrière et avant sont imprégnés d’une capacité exceptionnelle inconnue des autres fragments du royaume. Ils peuvent sentir la force nucléaire puissante. C’est de loin l’une des pressions les plus efficaces, en collant les quarks les uns aux autres si fort qu’un seul ne peut jamais être vu seul. Cette interaction développe l’épine dorsale non détectée de notre monde macroscopique. Nous prenons des protons et des neutrons pour fournis ; c’est précisément ainsi qu’ils construisent solidement les surfaces des murs de leur château. Et leurs masses sont principalement dues à la ténacité de leurs liaisons nucléaires internes, par opposition aux quarks privés.
La force nucléaire forte ne s’arrête pas au niveau des protons et des neutrons. L’adhésif qui lie les quarks ensemble, assurant la domination sur tous les autres fragments, est si dominant qu’il peut rassembler quelques châteaux ensemble dans une forteresse durable appelée noyau atomique. Si cette structure n’est pas imprenable comme les protons et les neutrons eux-mêmes, le renversement d’un noyau nécessite encore une énorme initiative.
Pourtant, malgré tout leur pouvoir orgueilleux, la portée de la prise en étau des quarks est limitée à leur château spécifique et aux environnements proches. C’est parce que la force forte, malgré toute sa ténacité, est considérablement limitée dans le réseau. C’est ce qui définit la dimension des forteresses, châteaux et donjons que nous identifions comme les nucléons de notre globe.
Travailler les champs
Au-delà de ce réseau minimal, les quarks maintiennent leurs domaines sous contrôle et communiquent entre eux à l’aide des porteurs impériaux, les photons. Ces agents aux pieds rapides sautent d’un endroit à l’autre dans l’espace lointain, sans jamais se fatiguer. Ils apportent la force électromagnétique, l’énergie électrique, le magnétisme et la lumière à tout type de particule avec un coût électrique. Cet impact s’étend à travers les univers entiers, bien qu’évidemment, plus vous êtes loin de la source, plus le résultat est faible.
Cette liaison électromagnétique maintient les sous-fifres du globe subatomique en ligne, et tandis que les quarks passent leurs journées au ralenti dans le confort des membres de la famille de leur château sûr et privé, les « paysans » opprimés, les électrons font tout le travail de fabrication des riches variantes de réactions chimiques possibles. C’est vrai, ce sont les électrons destructeurs et ignobles qui s’acharnent pour leurs maîtres quarks. Liés au noyau par l’électromagnétisme, mais généralement empêchés d’entrer dans les lignes directrices de la mécanique quantique, les électrons sont échangés entre les atomes, nous fournissant la chimie qui rend pratiquement tout ce qui concerne nos vies possibles.
Les quarks du jugement échangeront, prendront et emprunteront avec plaisir un humble électron d’un nom de domaine voisin, façonnant leurs mouvements à l’aide des photons, sans se soucier de leurs espoirs, fantasmes ou passions spécifiques (fluxant facilement via l’univers, sinueux autour des champs électromagnétiques et ainsi de suite).
Traquer dans l’ombre
Mais tous les morceaux de l’univers ne sont pas tenus par les quarks despotiques. Certains peuvent diffuser ouvertement dans tout l’univers, ne remarquant pas la force puissante et ignorant en toute sécurité les reflets hargneux de tout type de photons qui passent : les neutrinos. Ces morceaux macabres peuvent se cacher à la vue ordinaire, si effervescents que nous avons supposé qu’ils étaient complètement sans masse pendant des décennies.
Les neutrinos sont disponibles en 3 types, le neutrino électronique, le neutrino muonique et le neutrino tau, mais ils sont si bien déguisés que vous ne savez jamais lequel vous regardez. En voyage, ils peuvent faire du vélo avec les masques qu’ils utilisent, changeant d’identité avec la simplicité d’un espion aguerri. Leurs masques établissent précisément comment ils interagissent (périodiquement) avec le reste des fragments de l’univers : un électron-neutrino participera sans aucun doute aux seules réponses impliquant des électrons, par exemple.
Pourtant, en raison de la nature gênante des neutrinos, une procédure qui génère une saveur spécifique de cet article ne peut pas constamment être exécutée en sens inverse pour rattraper la plage d’origine ; c’est une permutation d’identités.
Pourtant, malgré toutes leurs ruses et tromperies, les neutrinos ne sont pas insensibles à l’influence des noms de domaine des quarks. Cependant, pour que ce genre d’impact ait lieu, des forces spéciales sont nécessaires. Les bits professionnels appelés bosons W et Z, porteurs de la force nucléaire faible, sont les seuls capables d’interagir avec les neutrinos malhonnêtes. Parfois, les bosons parviennent à transformer les neutrinos en créatures plus conformes, comme les électrons.
C’est aussi une bonne possibilité : la plupart du temps, les neutrinos sournois s’en tirent sans scotch.
Pourtant, la capacité de ces bosons W et Z, les boxeurs secrets du globe de particules, s’étend au-delà de la simple expérience des neutrinos. Ils ont également un accès presque exclusif au sanctuaire intérieur de la citadelle des nucléons et peuvent transformer une sorte de quark en une autre. Besoin d’un retrait de neutrons de la sécurité d’un noyau atomique, ces bosons uniques peuvent transformer cette particule en un proton plus stable.
En dehors du royaume
Naturellement, cela ne donne pas l’image complète du globe subatomique. L’ensemble de la conception typique, notre image de ces petites créatures et de toutes leurs interactions avec les gens occupés, est beaucoup plus grande et beaucoup plus complexe que ce qui peut être inclus dans quelques paragraphes. Et bien que la conception des exigences soit un accomplissement de la physique contemporaine, couvert de manière fracassante au cours des décennies, avec des prévisions rigoureuses et des tests précis, il s’agit également d’une image incomplète de notre globe.
D’une part, il ne s’agit pas de gravité, qui est maintenant mieux décrite par la théorie générale de la relativité, également incomplète. Le blocage des enquêtes cosmologiques sur la nature du problème obscur et du pouvoir obscur, sur lesquels la version standard typique est silencieuse (parce que ces phénomènes n’ont été découverts que récemment). Il y a plus : la masse du neutrino, la structure du pouvoir des forces, et ainsi de suite.
Pourtant, bien que loin d’être complète et peut-être un peu insatisfaisante dans sa technique de chewing-gum et de ruban adhésif pour modéliser le monde réel, la version Criterion est précieuse. Il peut prévoir avec précision les mouvements et les mouvements de ces citoyens subatomiques et de tous leurs pourris sans scrupules.
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