L’univers est un grand endroit, mais il est fait de petits morceaux. le le tableau périodique Comprend des éléments tels que OxygèneEt le carbone Et d’autres blocs de construction qui composent les étoiles, les chats ou les tasses à café. Mais depuis le début du 20e siècle, les scientifiques pensent à trouver des particules fondamentales de plus en plus petites – celles qui sont plus petites qu’elles. atomes qui remplit l’univers. Alors, laquelle de ces particules fondamentales est la plus petite ? A l’inverse, lequel est le plus grand ?
Don Lincoln, chercheur principal au Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), près de Chicago, est l’un des scientifiques qui tentent de répondre à cette question. Au Fermilab, les scientifiques utilisent un accélérateur de particules pour écraser des particules individuelles et examiner les débris – ou potentiellement de nouvelles particules fondamentales – qui en sortent. Lincoln a dit qu’il y a deux façons de mesurer la taille d’une particule : examiner sa masse et mesurer son volume physique, comme calculer le diamètre d’une sphère.
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En termes de masse, ces questions sont relativement faciles à répondre. La particule non nulle la plus basse que nous connaissons est neutrinosdit Lincoln. Cependant, a-t-il noté, nous n’avons pas la mesure exacte de la masse des neutrinos car les outils utilisés pour calculer la masse des particules fondamentales ne sont pas assez sensibles.
« Le neutrino est une particule, une sorte de fantôme du monde subatomique », a déclaré Lincoln. Les neutrinos interagissent très faiblement avec la matière et sont la deuxième particule la plus abondante après les photons (qui se comportent plus comme des ondes que comme des particules réelles). En fait, il y a des milliards de neutrinos qui vous traversent en ce moment même. Les neutrinos ne pèsent presque rien et voyagent à une vitesse proche de la lumière.
Le noyau atomique est composé de neutrons, de protons et d’électrons. Lincoln a dit que les protons et les neutrons eux-mêmes sont environ un dixième de la taille du noyau dans son ensemble. L’électron a une masse proche de zéro, mais il pèse en réalité 500 000 fois plus qu’un neutrino (encore une fois, il est impossible de mesurer avec précision à ce stade).
Lincoln a déclaré que les physiciens utilisent l’électron-volt (eV) pour mesurer la masse des particules subatomiques. Techniquement, l’unité est eV/c^2, où c est la vitesse de la lumière. Un électron-volt équivaut à environ 1,6 x 10^-19 joules. Pour simplifier les choses, les physiciens utilisent un ensemble d’unités par lesquelles la vitesse de la lumière est de 1. Pour connaître la masse d’une particule subatomique, vous pouvez ensuite utiliser Albert Einstein La fameuse équation E = mc^2 pour obtenir la masse (m) en kilogrammes.
Un électron pèse 511 000 électrons-volts, ce qui équivaut à 9,11 x 10^-31 kilogrammes, selon Lincoln. A titre de comparaison, un proton typique dans le noyau d’un atome typique pèse 938 millions d’électronvolts, soit 1,67 x 10^-27 kg.
Inversement, la plus grosse particule fondamentale que nous connaissons (en termes de masse) est une particule appelée quark top, et elle mesure 172,5 milliards d’électronvolts, selon Lincoln. Les quarks sont une autre particule fondamentale qui, à notre connaissance, ne peut pas être décomposée en d’autres parties. Les scientifiques ont trouvé six types de quarks : haut, bas, étrange, charme, bas et haut. Les quarks up et down constituent les protons et les neutrons et pèsent respectivement 3 millions et 5 millions d’électronvolts. Par comparaison, le quark top a 57 500 fois le poids du quark top.
Il est difficile de répondre à la question de la taille physique. Nous connaissons la taille physique de certaines particules, mais pas la plus petite. Certaines des particules « fines » dont les gens entendent parler dans la vie de tous les jours, comme les particules virales, sont en fait assez grosses.
Lincoln a fourni ce sens de la taille : une particule virale typique mesure environ 250 à 400 nanomètres de long (un nanomètre est un milliardième de mètre, ou 10^-9 m), et un noyau atomique typique mesure environ 10^-14 m (0,000000000000001). )m). Cela signifie que le noyau atomique est aussi petit pour le virus que le virus l’est pour nous.
Actuellement, la plus petite taille physique que les scientifiques peuvent mesurer avec un accélérateur de particules est 2 000 fois plus petite qu’un proton, soit 5 x 10^-20 m. Jusqu’à présent, les scientifiques ont pu déterminer que les quarks sont plus petits que cela, mais pas par leur quantité.
Publié à l’origine sur Live Science.
