La découverte de l'antimatière
Paul Dirac a été le premier à théoriser les antiparticules, mais le premier à découvrir une antiparticule a été Carl Anderson lorsqu'il a trouvé les antiparticules d'un électron, également appelées positrons.
Qu'est-ce qu'une antiparticule ?
Les antiparticules sont les éléments qui composent l'antimatière. Il existe une antiparticule pour chaque particule subatomique dans le noyau et l'orbite d'un atome. Les protons, les neutrons, les neutrinos et les électrons ont tous des antiparticules. Les caractéristiques des antiparticules sont similaires à celles des particules ; elles diffèrent simplement par leur charge. Les antiparticules peuvent être créées par des processus de désintégration radioactive dans l'atome. Elles peuvent également interagir avec la matière, ce qui entraîne un processus d'annihilation.
Le tableau suivant présente les particules et les antiparticules :
| Particule | Proton | Neutron | Electron | Neutrino |
| symbole | p | n | e- | v |
| Antiparticule | Antiproton | Antineutron | positron | Antineutrino |
| symbole | \(\bar p\) | \(\bar{n}\) | e+ | \N-(\Nbar{v}\N) |
Caractéristiques des antiparticules
Les antiparticules et les particules ont la même masse et la même énergie au repos ; la seule différence est leur charge. La charge d'un positron est \(1,6022 \cdot 10 ^ {-19}C\), ce qui est l'opposé de la charge d'un électron, qui a une valeur de \(-1,6022 \cdot 10 ^ {-19}C\). Il en va de même pour les protons, qui ont une charge positive pour la matière normale et une charge négative pour l'antiproton.
Annihilation des particules et des antiparticules
Lorsque la matière et l'antimatière interagissent, elles se détruisent mutuellement. Cette destruction présente trois caractéristiques principales :
- Les massesdes particules sont détruites.
- La destruction convertit toute la masse des particules en énergie.
- L'énergie est libérée sous forme de photons de haute énergie.
Création de paires d'antimatière et de matière
Dans certains cas, un photon peut interagir avec une particule, ce qui crée une paire de particules. L'événement est donc appelé création de paires, et la paire est constituée d'une particule et de son antiparticule.
L'énergie doit être conservée lors de la création de paires. Un photon possède une certaine quantité d'énergie (X), et l'énergie des deux particules créées (Y et Z) doit être égale à l'énergie totale du photon qui les a créées. La conservation de l'énergie est exprimée plus simplement ci-dessous :
\(\text{L'énergie du photon = Énergie de la particule créée + Énergie de l'antiparticule créée}\).
Calculer l'énergie libérée par la matière et l'antimatière
Pour calculer l'énergie de l'impact entre la matière et l'antimatière, il faut obtenir l'énergie totale du photon libéré lors de la collision. Cette énergie est une relation entre la vitesse de la lumière "c", la constante de Planck "h" etlalongueur d'onde du photon "λ". La formule pour la calculer est la suivante :
\(\text{Energie} = \frac{c \cdot h}{\lambda}\)
Voici un exemple simple :
Calcule l'énergie libérée par une collision entre une particule et une antiparticule.
Le photon libéré par la collision a une longueur d'onde de 0,005 nanomètre. Pour calculer l'énergie libérée, tu dois convertir le nombre de nanomètres en mètres. Un nanomètre est égal à \(1 \cdot 10 ^ {-9}\) mètres, tu dois donc multiplier 0,005 par \(1 \cdot 10 ^ {-9}\) mètres :
\(\text{Wavelenght} = (1 \cdot 10^{-9}) \cdot (5 \cdot 10^{-3}) = 5 \cdot 10^{-12} [m]\)
Tu dois maintenant multiplier la vitesse approximative de la lumière dans le vide par la constante de Planck "h", qui a une valeur de \(6,63 \cdot 10 ^ {-34}J / s\) :
\(c \cdot h = (3 \cdot 10^8 [m/s]) \cdot (6,63 \cdot 10^{-34}[Js]) = 1,989 \cdot 10^{-25} [Jm]\N-)
Tu dois ensuite diviser ce résultat par la longueur d'onde du photon libéré. Les résultats sont exprimés en unités d'énergie, les joules (J) :
\(\text{Energie} = \frac{c \cdot h}{\lambda} = \frac{1.989 \cdot 10^{-25}}{5 \cdot 10^{-12}} = 3.978 \cdot 10^{-14} [J]\)
Antiparticules - points clés
- Les antiparticules sont des particules qui ont une charge opposée à celle des particules normales.
- L'antimatière est une matière composée d'antiparticules.
- La masse des particules et des antiparticules est la même, mais leur charge électrique est opposée.
- Lorsque la matière et l'antimatière entrent en collision, elles se détruisent mutuellement et créent de l'énergie sous forme de photons.
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