Les particules subatomiques sont des constituants fondamentaux de toute matière. Comme vous le savez probablement, tout dans le monde est composé d’atomes. L’atome lui-même est constitué d’un minuscule noyau entouré d’électrons en mouvement. Mais quelles particules composent le noyau lui-même ?
La structure d’un atome – impression artistique. Crédit image : Wikimedia Commons, domaine public CC0
Structure du noyau
Le noyau est composé de deux composants de base : des protons chargés positivement et des neutrons électriquement neutres. Mais ceux-ci, à leur tour, ne sont pas les plus petites particules connues de la science.
Comparés au noyau, les électrons sont presque sans masse. Elles sont chargé négativementet malgré leur petite taille, ils représentent la majeure partie de la taille de l’atome – ils ne restent pas dans des positions fixes mais orbitent plutôt autour du noyau.
Mais que trouverions-nous si nous examinions de plus près nucléons?
Les nucléons – protons et neutrons – sont eux-mêmes constitués de particules élémentaires appelées quarks. Un électron est une particule élémentaire qui appartient au même groupe que le muon et le neutrino. Des particules élémentaires plus exotiques, introuvables dans les atomes de la Terre, sont détectées par les scientifiques via l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère terrestre.
Accélérateur de particules Tevatron au Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) aux États-Unis. C’est l’une des principales installations pour la découverte de particules subatomiques, y compris celles qui forment le noyau d’un atome. Crédit image : Laboratoire Fermi, Reidar Hahn
On pense que les quarks font partie des éléments constitutifs fondamentaux de toute la matière de l’Univers. Ils établissent des liens les uns avec les autres par la force forte et forment ensuite des protons et des neutrons. Ce processus est très similaire à la façon dont les nucléons s’assemblent en groupes de tailles différentes pour constituer des noyaux atomiques.
Y a-t-il quelque chose de plus petit que les quarks dans le noyau ? Non. Les preuves scientifiques actuellement disponibles indiquent que les quarks n’ont aucun composant structurel et ne peuvent être divisés en éléments constitutifs plus petits.
200 particules subatomiques différentes – et ça compte toujours !
Comment les scientifiques explorent-ils la structure du noyau ?
De nombreuses particules subatomiques, y compris celles qui composent les protons et les neutrons, ont été découvertes depuis que les chercheurs ont créé des accélérateurs de particules. Là, les atomes sont forcés de voler à des vitesses extrêmement élevées en utilisant des champs électromagnétiques. Lorsque des particules accélérées entrent en collision à haute énergie, l’énergie libérée permet la formation de nouvelles particules.
Ainsi, plus de 200 particules subatomiques ont été détectés par des expériences dans les principaux accélérateurs de particules du monde jusqu’à présent. La plupart d’entre eux n’existent que très peu de temps : moins d’un millionième de seconde. Ces découvertes nous aident à mieux comprendre la nature de la matière et de l’énergie dans l’univers.
