PARTICULES ÉLÉMENTAIRESFermions
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Un fermion (ainsi nommé d'après Enrico Fermi, physicien italien qui a élaboré la théorie du comportement collectif de telles particules) est une particule, élémentaire ou composite, de moment angulaire intrinsèque (ou spin) multiple impair de h/4đ, où h est la constante de Planck. Les ensembles de telles particules obéissent à la loi statistique de Fermi-Dirac qui dispose que la probabilité d'occupation d'un état d'énergie E à température T est inversement proportionnelle au facteur exp (E/kT) + 1, où k est la constante de Boltzmann. Les fermions obéissent à la règle d'exclusion de Pauli selon laquelle un état donné ne peut être occupé par plus d'une particule. Cette règle appliquée aux électrons d'un atome explique la classification périodique des éléments. Les électrons, les quarks et les neutrinos sont des fermions élémentaires, ce sont eux dont nous traiterons ici. Les protons, les neutrons et les noyaux atomiques de nombre atomique impair sont des fermions composés (cf. les articles correspondants).
Électron
L'électron est une particule élémentaire stable. Il possède une charge électrique négative, une très petite masse (près de 2 000 fois plus petite que celle de l'atome le plus léger : l'hydrogène), et un moment angulaire propre appelé spin, auquel est lié un moment magnétique intrinsèque. L'électron est soumis à la gravitation, ainsi qu'à la force électrofaible. En fait, c'est la partie proprement électromagnétique de cette dernière qui fait que cette particule est indispensable en chimie, en électricité, en électronique et dans la grande majorité des processus qui se trouvent à la base des techniques industrielles. En revanche, il n'est pas sensible à l'interaction nucléaire forte, ou chromodynamique, qui est notamment responsable de la cohésion des noyaux des atomes.
L'électron ne peut être correctement décrit que dans le cadre quantique, où, malgré ses propriétés variées, on le représente par u [...]
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l’article se compose de 25 pages
Écrit par :
- Jean-Eudes AUGUSTIN : directeur de recherche au C.N.R.S.
- Michel PATY : directeur de recherche au C.N.R.S.
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
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« PARTICULES ÉLÉMENTAIRES » est également traité dans :
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ANDERSON CARL DAVID (1905-1991)
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ASTROPARTICULES
Dans le chapitre « L'astronomie des neutrinos » : […] Les neutrinos (ν), produits en grande abondance par des processus divers à des énergies qui s'étendent de 10 —5 à 10 15 électronvolts, peuplent l'Univers à raison d'environ 300 par centimètre cube. Sont-ils massifs ? Les mesures directes de leur masse, très difficiles, donnent des limites supérieures, mais plusieurs expériences ont fourni des indications de la présence d'oscillations entre les […] Lire la suite
ATOME
Dans le chapitre « Particules élémentaires et atomisme » : […] Nous sommes donc aujourd'hui bien éloignés des notions de substance primordiale et d'atome indivisible héritées des philosophes grecs (tabl. 4). Avant la découverte de la structure électronique des atomes, les particules fondamentales dont seraient faites toutes les choses étaient les atomes des éléments figurant dans la classification périodique. La découverte de l'électron et du proton puis ce […] Lire la suite
BARYONS
Famille de particules sensibles à l'interaction forte et de moment angulaire intrinsèque (spin) multiple impair de h /4π ( h = constante de Planck). On a longtemps considéré les baryons comme des particules élémentaires mais on comprend maintenant qu'ils sont des assemblages de quarks, d'antiquarks et de gluons. Leur contenu en quarks et en gluons est analysé en termes de superposition d'états : […] Lire la suite
Voir aussi
- ACCÉLÉRATEURS DE PARTICULES
- ANNIHILATION physique
- ANTIPARTICULES
- ANTIPROTON
- ANTIQUARKS
- ASTROPHYSIQUE
- MAGNÉTON DE BOHR
- BOSON W
- BOSON Z°
- BOSONS
- BOSONS DE JAUGE
- CAPTURE ÉLECTRONIQUE
- RAYONS CATHODIQUES
- CHAMP ÉLECTRIQUE
- CHAMP MAGNÉTIQUE
- THÉORIE QUANTIQUE DES CHAMPS
- CHARGE ÉLECTRIQUE
- CHIRALITÉ physique des particules
- COLLISION physique
- COLLISIONNEURS DE PARTICULES
Pour citer l’article
Jean-Eudes AUGUSTIN, Michel PATY, Bernard PIRE, « PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Fermions », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 octobre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-fermions/