Quarks, Leptons, Bosons, elementary particles
I open the Science magazine No. 62 of January-March 2009, “dossier pour la science”, which will guide me in achieving this work where we will discover the elementary particles and their properties.
QUARK : these particles constitutes the hadrons such as protons and neutrons, which are composed of three quarks, but are also found in highly unstable particles mesons composed of two quarks.
In the center of the canvas a proton is shown by a dark red ball with inside two up quarks in red and a down quark in green, around neutrons are shown in navy blue ball with inside two down quarks in green and an up quark in red, in addition some other protons are also represented. Between protons and neutrons one discovers the six known types of quarks : in red the u quark for up and in green the d quark for down, then the more massive quarks discovered experimentally: in navy blue balls the strange quark s (constituent of the kaon), in royal blue balls the charm quark c (component of the particle J / Psi), in orange balls the bottom quark (component of B meson) and in big yellow balls the heaviest, the top quark.
Alternating with the protons and neutrons we see quarks mesons in orange balls. They belong to the family of composite particles (that is to say not basic) and are composed of two quarks.
ASYMPTOTIC FREEDOM : going to the edge of the artwork we see the protons and neutrons whose shapes have greatly stretched out and became oval : inside one imagines the quarks symbolized by small balls bound together by a yellow elastic cord with a high degree of tautness : the more one pulls away the balls, the stronger the string tension grows and the link that binds together the quarks increases with their energy. On the contrary if the energy of the quarks within the protons and neutrons is low, as in those shown in the center of the work in the round balls, then these latter seem more free to move. This amazing property of quarks is called asymptotic freedom.
LEPTONS : these insensitive particles to the strong interaction, unlike hadron particles, are observed in their isolated state. On the painting they are represented going to the edge beyond the circles where the protons, neutrons and quarks are depicted. We see in small yellow balls the electrons, then in medium yellow balls, the muons and in bigger yellow balls, the tau : all these particles have the -1 charge. Alternately with these latter particles are symbolized by small pink balls, with a line expressing their energy, those belonging to the family of the electronic, tauic and muonic neutrinos which carry a 0 electric charge.
BOSONS : each of the fundamental interactions is transmitted via a force mediating particle or a set of such particles that we discover at the very edge of the work. In green beads with a small wave we see the gluons that mediate the strong interaction, then in yellow beads topped with a longer wavelength, are the photons particles of the electromagnetic interaction which have an unlimited range, and finally in light gray and purple, the W + W- Z bosons, the latter having a 0 charge.
I open the Science magazine No. 62 of January-March 2009, “dossier pour la science”, which will guide me in achieving this work where we will discover the elementary particles and their properties.
QUARK : these particles constitutes the hadrons such as protons and neutrons, which are composed of three quarks, but are also found in highly unstable particles mesons composed of two quarks.
In the center of the canvas a proton is shown by a dark red ball with inside two up quarks in red and a down quark in green, around neutrons are shown in navy blue ball with inside two down quarks in green and an up quark in red, in addition some other protons are also represented. Between protons and neutrons one discovers the six known types of quarks : in red the u quark for up and in green the d quark for down, then the more massive quarks discovered experimentally: in navy blue balls the strange quark s (constituent of the kaon), in royal blue balls the charm quark c (component of the particle J / Psi), in orange balls the bottom quark (component of B meson) and in big yellow balls the heaviest, the top quark.
Alternating with the protons and neutrons we see quarks mesons in orange balls. They belong to the family of composite particles (that is to say not basic) and are composed of two quarks.
ASYMPTOTIC FREEDOM : going to the edge of the artwork we see the protons and neutrons whose shapes have greatly stretched out and became oval : inside one imagines the quarks symbolized by small balls bound together by a yellow elastic cord with a high degree of tautness : the more one pulls away the balls, the stronger the string tension grows and the link that binds together the quarks increases with their energy. On the contrary if the energy of the quarks within the protons and neutrons is low, as in those shown in the center of the work in the round balls, then these latter seem more free to move. This amazing property of quarks is called asymptotic freedom.
LEPTONS : these insensitive particles to the strong interaction, unlike hadron particles, are observed in their isolated state. On the painting they are represented going to the edge beyond the circles where the protons, neutrons and quarks are depicted. We see in small yellow balls the electrons, then in medium yellow balls, the muons and in bigger yellow balls, the tau : all these particles have the -1 charge. Alternately with these latter particles are symbolized by small pink balls, with a line expressing their energy, those belonging to the family of the electronic, tauic and muonic neutrinos which carry a 0 electric charge.
BOSONS : each of the fundamental interactions is transmitted via a force mediating particle or a set of such particles that we discover at the very edge of the work. In green beads with a small wave we see the gluons that mediate the strong interaction, then in yellow beads topped with a longer wavelength, are the photons particles of the electromagnetic interaction which have an unlimited range, and finally in light gray and purple, the W + W- Z bosons, the latter having a 0 charge.
Quarks, leptons, bosons, les particules élémentaires - 2012-2013 - huile sur toile 22 x 27 cm
250 €
Le magazine Dossier pour la Science n° 62 Janvier-Mars 2009 m'a guidée dans la réalisation de cette œuvre. J'ouvre cette revue à la page 26 -27, ce qui va me permettre de faire ci-dessous un rappel des particules élémentaires et de leurs propriétés :
QUARKS : ces particules constituent les hadrons : protons et neutrons ainsi que toute une série de particules moins connues.
Quark u (pour up) : charge électrique +2/3. Masse : 2MeV . L'un des constituants de la matière ordinaire : un proton est fait de deux quarks u et d'un quark d.
Quark d (pour down) : charge électrique -1/3. Masse : 5 MeV. L'un des constituants de la matière ordinaire : un neutron est fait de deux quarks d et d'un quark u.
Quark s (pour strange) : charge électrique -1/3. Masse : 95 MeV. Cousin lourd et instable du quark d : constituant du kaon, particule très étudiée.
Quark c (pour charme) : charge électrique +2/3. Masse : 1,25 GeV. Cousin lourd et instable du quark u : constitue la particule J/psi dont la découverte expérimentale a joué un grand rôle dans la construction du modèle standard.
Quark b (pour bottom) : charge électrique -1/3. Masse : 4,2 GeV. Copie instable et encore plus lourde du quark d : constituant du méson B, particule très étudiée.
Quark t (pour top) : charge électrique +2/3. Masse : 171 GeV. La plus lourde des particules élémentaires connues, puisqu'elle a la masse d'un atome d'osmium, très courte durée de vie.
LEPTONS : ces particules insensibles à l'interaction forte contrairement aux hadrons sont observées à l'état isolé. Chaque neutrino présenté ici est en fait un mélange d'espèces de neutrinos, chacun ayant une masse définie ne dépassant pas quelques électronvolts.
Neutrino électronique Ve : charge électrique 0. Insensible à l'électromagnétisme comme à l'interaction forte, il n'interagit pratiquement pas, mais joue un rôle essentiel dans la radioactivité B.
Neutrino muonique Vu : charge électrique 0. Apparaît dans les interactions faibles impliquant le muon.
Neutrino tauique Vt : charge électrique 0. Apparaît dans les interactions faibles impliquant le lepton tau.
Electron e : charge électrique -1. Masse : 0,511 MeV. La plus légère des particules chargées : elle nous est familière puisqu'elle est à l'origine des courants électrique ; elle tourne autour des noyaux atomiques.
Muon u : charge électrique -1. Masse : 106 MeV. Une sorte d'électron massif instable, d'une durée de vie de 2,2 microsecondes ; fut découvert dans les rayons cosmiques.
Tau t : charge électrique -1. Masse : 1,78 GeV. Autre version instable et encore plus lourde de l'électron, d'une durée de vie de 0,3 picoseconde, soit 0,3 x 10 puiss -12 seconde.
BOSONS : chacune des interactions fondamentales est transmise par l'intermédiaire d'une particule médiatrice ou d'un ensemble de telles particules.
Gluons g : charge électrique 0. Masse 0. Huit espèces de gluons sont les particules médiatrices de l'interaction forte. Ils agissent sur les quarks et sur les autres gluons, et ne participent pas aux interactions électromagnétique et faible.
Photon y : charge électrique 0. Masse 0. Particule médiatrice de l'interaction électromagnétique, le quantum de lumière agit sur les particules chargées électriquement, et a une portée illimitée.
Boson Z : charge électrique 0. Masse 91 GeV. Une des particules médiatrices de l'interaction faible ; elle ne change pas les particules qu'elle relie. Sa portée n'est que de 10 puiss -18 mètre.
Boson W+/W- : charge électrique +1 ou -1. Masse : 80,4 GeV. Particules médiatrices de l'interaction faible. Ils changent la charge et la nature des particules qu'ils relient. Leur portée n'est que de 10 puiss -18 mètre.
Boson de Higgs : charge électrique 0. Masse 125 GeV. C'est lui qui conférerait leurs masses aux bosons W et Z, aux quarks et aux leptons , observé pour la première fois en 2012.
Nous allons maintenant découvrir ces particules élémentaires sur cette œuvre : en partant du centre de la toile est représenté un proton en boule rouge foncé, il est composé de deux quarks up en rouge et d'un quark down en vert , autour les boules bleu marine symbolisant les neutrons sont représentées avec à l'intérieur les deux quarks down en vert et le quark up en rouge qui les composent. Les réactions bêta et bêta inverse au cours desquelles les neutrons se désintègrent en protons et en électrons, tandis que ces derniers se combinent en neutrons , sont symbolisées par les deux flèches oranges partant du neutron ou du proton. Entre les protons et les neutrons les six types de quarks sont représentés : en rouge quark u en vert quark d, nous découvrons également les quarks plus massifs découverts expérimentalement : en billes bleu marine le quark c constituant de la particule J/psi, en boules bleu roi le quark s constituant du kaon, en orange le quark bottom constituant du méson B et en grosses boules jaunes le plus massif le quark le top.
En alternance avec les protons neutrons et quarks sont symbolisés les mésons en boules oranges : ils sont composés de deux quarks et appartiennent à la famille des particules composites (c'est-à-dire non élémentaires).
LA LIBERTE ASYMPTOTIQUE :
En allant vers le bord de l'oeuvre nous apercevons les protons et les neutrons avec des formes qui se sont considérablement allongées en forme d'ellipse, à l'intérieur on imagine les petites boules représentant les quarks attachées entre elles par une corde élastique en jaune de raideur très élevée : plus on éloigne les petites boules, plus la tension des cordes croît et le lien qui réunit les quarks se renforce avec leur énergie. Paradoxalement plus l'énergie des quarks à l'intérieur des protons et des neutrons est faible, plus ces derniers semblent libres de leur mouvement, sur l'oeuvre dans les boules rondes. Cette propriété étonnante des quarks s'appelle la liberté asymptotique.
Au delà des cercles où sont représentés les protons neutrons et quarks en allant au bord de l'oeuvre on trouve les particules appartenant à la famille des leptons : en petites boules jaunes sont symbolisés les électrons, en boules jaunes moyennes les muons et en plus grosses boules jaunes le tau : toutes ces particules possèdent la charge -1. En alternance avec ces dernières sont symbolisées en petites billes roses avec un trait de même couleur exprimant leur énergie celles appartenant à la famille des neutrinos électroniques muoniques et tauiques ayant pour charge 0.
Nous arrivons au bord de l'oeuvre avec les particules médiatrices appartenant à la famille des bosons. En billes vertes avec une petite onde de même couleur sont symbolisés les gluons particules médiatrices de l'interaction forte, en billes jaunes surmontées d'une onde plus longue de même couleur on aperçoit les photons particules de l'interaction électromagnétique et qui ont une portée illimitée, et enfin en gris clair gris moyen et pourpre les bosons W+ W- et Z ce dernier ayant une charge électrique 0.
Voilà une petite révision qui me permet de mettre la physique des particules à la compréhension du grand public.
QUARKS : ces particules constituent les hadrons : protons et neutrons ainsi que toute une série de particules moins connues.
Quark u (pour up) : charge électrique +2/3. Masse : 2MeV . L'un des constituants de la matière ordinaire : un proton est fait de deux quarks u et d'un quark d.
Quark d (pour down) : charge électrique -1/3. Masse : 5 MeV. L'un des constituants de la matière ordinaire : un neutron est fait de deux quarks d et d'un quark u.
Quark s (pour strange) : charge électrique -1/3. Masse : 95 MeV. Cousin lourd et instable du quark d : constituant du kaon, particule très étudiée.
Quark c (pour charme) : charge électrique +2/3. Masse : 1,25 GeV. Cousin lourd et instable du quark u : constitue la particule J/psi dont la découverte expérimentale a joué un grand rôle dans la construction du modèle standard.
Quark b (pour bottom) : charge électrique -1/3. Masse : 4,2 GeV. Copie instable et encore plus lourde du quark d : constituant du méson B, particule très étudiée.
Quark t (pour top) : charge électrique +2/3. Masse : 171 GeV. La plus lourde des particules élémentaires connues, puisqu'elle a la masse d'un atome d'osmium, très courte durée de vie.
LEPTONS : ces particules insensibles à l'interaction forte contrairement aux hadrons sont observées à l'état isolé. Chaque neutrino présenté ici est en fait un mélange d'espèces de neutrinos, chacun ayant une masse définie ne dépassant pas quelques électronvolts.
Neutrino électronique Ve : charge électrique 0. Insensible à l'électromagnétisme comme à l'interaction forte, il n'interagit pratiquement pas, mais joue un rôle essentiel dans la radioactivité B.
Neutrino muonique Vu : charge électrique 0. Apparaît dans les interactions faibles impliquant le muon.
Neutrino tauique Vt : charge électrique 0. Apparaît dans les interactions faibles impliquant le lepton tau.
Electron e : charge électrique -1. Masse : 0,511 MeV. La plus légère des particules chargées : elle nous est familière puisqu'elle est à l'origine des courants électrique ; elle tourne autour des noyaux atomiques.
Muon u : charge électrique -1. Masse : 106 MeV. Une sorte d'électron massif instable, d'une durée de vie de 2,2 microsecondes ; fut découvert dans les rayons cosmiques.
Tau t : charge électrique -1. Masse : 1,78 GeV. Autre version instable et encore plus lourde de l'électron, d'une durée de vie de 0,3 picoseconde, soit 0,3 x 10 puiss -12 seconde.
BOSONS : chacune des interactions fondamentales est transmise par l'intermédiaire d'une particule médiatrice ou d'un ensemble de telles particules.
Gluons g : charge électrique 0. Masse 0. Huit espèces de gluons sont les particules médiatrices de l'interaction forte. Ils agissent sur les quarks et sur les autres gluons, et ne participent pas aux interactions électromagnétique et faible.
Photon y : charge électrique 0. Masse 0. Particule médiatrice de l'interaction électromagnétique, le quantum de lumière agit sur les particules chargées électriquement, et a une portée illimitée.
Boson Z : charge électrique 0. Masse 91 GeV. Une des particules médiatrices de l'interaction faible ; elle ne change pas les particules qu'elle relie. Sa portée n'est que de 10 puiss -18 mètre.
Boson W+/W- : charge électrique +1 ou -1. Masse : 80,4 GeV. Particules médiatrices de l'interaction faible. Ils changent la charge et la nature des particules qu'ils relient. Leur portée n'est que de 10 puiss -18 mètre.
Boson de Higgs : charge électrique 0. Masse 125 GeV. C'est lui qui conférerait leurs masses aux bosons W et Z, aux quarks et aux leptons , observé pour la première fois en 2012.
Nous allons maintenant découvrir ces particules élémentaires sur cette œuvre : en partant du centre de la toile est représenté un proton en boule rouge foncé, il est composé de deux quarks up en rouge et d'un quark down en vert , autour les boules bleu marine symbolisant les neutrons sont représentées avec à l'intérieur les deux quarks down en vert et le quark up en rouge qui les composent. Les réactions bêta et bêta inverse au cours desquelles les neutrons se désintègrent en protons et en électrons, tandis que ces derniers se combinent en neutrons , sont symbolisées par les deux flèches oranges partant du neutron ou du proton. Entre les protons et les neutrons les six types de quarks sont représentés : en rouge quark u en vert quark d, nous découvrons également les quarks plus massifs découverts expérimentalement : en billes bleu marine le quark c constituant de la particule J/psi, en boules bleu roi le quark s constituant du kaon, en orange le quark bottom constituant du méson B et en grosses boules jaunes le plus massif le quark le top.
En alternance avec les protons neutrons et quarks sont symbolisés les mésons en boules oranges : ils sont composés de deux quarks et appartiennent à la famille des particules composites (c'est-à-dire non élémentaires).
LA LIBERTE ASYMPTOTIQUE :
En allant vers le bord de l'oeuvre nous apercevons les protons et les neutrons avec des formes qui se sont considérablement allongées en forme d'ellipse, à l'intérieur on imagine les petites boules représentant les quarks attachées entre elles par une corde élastique en jaune de raideur très élevée : plus on éloigne les petites boules, plus la tension des cordes croît et le lien qui réunit les quarks se renforce avec leur énergie. Paradoxalement plus l'énergie des quarks à l'intérieur des protons et des neutrons est faible, plus ces derniers semblent libres de leur mouvement, sur l'oeuvre dans les boules rondes. Cette propriété étonnante des quarks s'appelle la liberté asymptotique.
Au delà des cercles où sont représentés les protons neutrons et quarks en allant au bord de l'oeuvre on trouve les particules appartenant à la famille des leptons : en petites boules jaunes sont symbolisés les électrons, en boules jaunes moyennes les muons et en plus grosses boules jaunes le tau : toutes ces particules possèdent la charge -1. En alternance avec ces dernières sont symbolisées en petites billes roses avec un trait de même couleur exprimant leur énergie celles appartenant à la famille des neutrinos électroniques muoniques et tauiques ayant pour charge 0.
Nous arrivons au bord de l'oeuvre avec les particules médiatrices appartenant à la famille des bosons. En billes vertes avec une petite onde de même couleur sont symbolisés les gluons particules médiatrices de l'interaction forte, en billes jaunes surmontées d'une onde plus longue de même couleur on aperçoit les photons particules de l'interaction électromagnétique et qui ont une portée illimitée, et enfin en gris clair gris moyen et pourpre les bosons W+ W- et Z ce dernier ayant une charge électrique 0.
Voilà une petite révision qui me permet de mettre la physique des particules à la compréhension du grand public.