- 1. Historique
- 2. Caractéristiques
- 3. L'antiproton
- 4. Taille du nucléon
- 5. Hypothèse de la structure en quarks dans la famille des hadrons
- 6. Mise en évidence de la structure en quarks et confinement
- 7. Recherche pour une désintégration du proton
- 8. L'utilisation des faisceaux de protons et d'antiprotons. La protonthérapie.
- 9. Bibliographie
PROTONS
Recherche pour une désintégration du proton
L'électromagnétisme et l'interaction nucléaire faible sont aujourd'hui unifiés en une seule interaction dite électrofaible. L'espoir de l'existence d'un principe de symétrie fondamentale entre les phénomènes naturels guide la recherche des physiciens. Leur rêve est de poursuivre cette unification avec l'interaction nucléaire forte. Les modèles proposés pour la grande unification prédisent des transmutations entre les quarks u et d et les électrons. Dans le modèle le plus simple, cela serait assuré par l'échange de leptoquarks de masse très lourde, de l'ordre de 10+15 GeV/c2. La conservation du nombre baryonique ne serait donc plus une loi absolue et le proton, qui est le plus léger des baryons, pourrait se désintégrer en un mode simple comme : p → e+ + π0
L'énergie disponible (quelques centaines de MeV) est très faible devant la masse des leptoquarks à échanger. Aussi ce processus doit-il être rare et la durée de vie des protons doit-elle être très grande, supérieure à 10+31 années (soit 10+21 fois l'âge de l'Univers). Une telle durée de vie ne peut être observée que sur une grande population de particules, où la répartition aléatoire des désintégrations obéit aux lois probabilistes. La loi de décroissance de la population en fonction du temps est exponentielle et le temps caractéristique de la décroissance est appelé durée de vie. (C'est un temps 1,44 fois plus grand que celui qui est nécessaire à la réduction de moitié de la population). Pour mesurer la très grande durée de vie du proton, il faut une immense quantité de protons (environ quelques centaines de tonnes de matière truffée de détecteurs pour observer en moyenne quelques désintégrations par an !) À ce jour aucune désintégration n'a été observée, même si quelques groupes de chercheurs mettent tout en œuvre pour y parvenir. Ils ont dû installer leurs laboratoires au fond des mines ou dans des tunnels percés sous de hautes montagnes afin de se prémunir de tout rayonnement parasite, tant les événements recherchés ont une probabilité infime. Les meilleures mesures actuelles indiquent que la durée de vie du proton est supérieure à 10+33 années, au moins pour le mode de désintégration e+ π0.
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Écrit par
- Nicole d' HOSE : docteur ès sciences, physicienne au service de physique nucléaire au Commissariat à l'énergie atomique, Saclay
Classification
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