Particule

Les soudeurs à l'arc doivent se protéger des étincelles de soudage , c'est-à-dire des particules de métal chauffées projetées par la surface de soudage.

En physique , une particule (ou corpuscule, selon les termes anciens) est une partie distincte d'un système plus vaste. Selon le système, leur taille et leur quantité varient considérablement : des particules subatomiques comme l' électron , aux particules microscopiques comme les atomes et les molécules , jusqu'aux particules macroscopiques comme les poudres et autres matériaux granulaires . Les particules permettent également de modéliser scientifiquement des objets de grande taille au sein de systèmes très vastes, tels que des individus se déplaçant dans une foule, des corps célestes en orbite ou des galaxies dans le contexte de l' expansion de l'univers .

Dans certains domaines, une particule est un petit objet localisé , caractérisé par plusieurs propriétés physiques ou chimiques , telles que le volume , la densité ou la masse . Le terme « particule » est assez général et sa définition est précisée selon les besoins des différents domaines scientifiques. Tout ce qui est composé de particules peut être qualifié de particulaire. Cependant, le nom « particulaire » est le plus souvent employé pour désigner les polluants atmosphériques , qui sont une suspension de particules non liées, et non un agrégat de particules liées .

Les particules sont souvent représentées par des points. Cette figure pourrait représenter le mouvement des atomes dans un gaz , les personnes dans une foule ou les étoiles dans le ciel nocturne .

Dans les modèles

la modélisation de la nature . Par exemple, pour calculer le point d'impact et la vitesse d'une balle de baseball lancée en l'air, la balle peut être idéalisée comme une sphère rigide et lisse , en négligeant sa rotation , sa poussée d'Archimède et son frottement , ramenant ainsi le problème à la balistique de la mécanique classique .

Taille

particule macroscopique » désigne généralement des particules beaucoup plus grandes que les atomes et les molécules . Celles-ci sont généralement modélisées comme des particules ponctuelles , même si elles possèdent un volume, une forme, une structure, etc. Parmi les exemples de particules macroscopiques, on peut citer la poudre , la poussière , le sable , les débris lors d'un accident de voiture , ou même des objets aussi grands que les étoiles d'une galaxie .

Un autre type de particules, les particules microscopiques, désigne généralement des particules dont la taille varie de l'atome à la molécule , comme le dioxyde de carbone , les nanoparticules et les particules colloïdales . Ces particules sont étudiées en chimie , ainsi qu'en physique atomique et moléculaire .

Les particules les plus petites sont les particules subatomiques , c'est-à-dire les particules plus petites que les atomes. Elles comprennent notamment les constituants des atomes – protons , neutrons et électrons – ainsi que d'autres types de particules qui ne peuvent être produites que dans des accélérateurs de particules ou par les rayons cosmiques . Ces particules sont étudiées en physique des particules .

En raison de leur taille extrêmement réduite, l'étude des particules microscopiques et subatomiques relève du domaine de la mécanique quantique . Elles présentent des phénomènes mis en évidence par le modèle de la particule dans une boîte , notamment la dualité onde - corpuscule , et la question de savoir si les particules peuvent être considérées comme distinctes ou identiques est une question importante dans de nombreuses situations.

Physique des particules

En physique des particules, une particule massive est une particule élémentaire dotée d' une masse au repos non nulle, tandis qu'une particule sans masse possède une masse au repos nulle. Le photon et le gluon sont sans masse. Le graviton hypothétique est supposé être sans masse. Toutes les autres particules élémentaires connues possèdent une masse.

La masse des atomes est extrêmement concentrée dans leur noyau, composé de protons et de neutrons, dont la masse est plus de 1800 fois supérieure à celle des électrons. Les protons et les neutrons étant constitués de quarks et de gluons, cette masse est principalement due aux interactions entre ces particules. Les électrons et la liaison électromagnétique des électrons aux protons contribuent à cette masse supplémentaire.

Les particules massives doivent se déplacer à une vitesse inférieure à celle de la lumière . Les particules sans masse, en revanche, doivent se déplacer à la vitesse de la lumière.

La masse au repos , c'est-à-dire la masse observée dans un référentiel au repos contenant une particule, n'est pas conservée lors des interactions entre particules. Une particule massive peut se désintégrer en particules sans masse, et des particules sans masse peuvent se combiner pour former des particules massives. Par exemple, un pion neutre est massif, mais il peut se désintégrer en deux photons en environ 10⁻¹⁶ ^secondes .

Composition

Les particules peuvent être élémentaires ou composites. Les particules composites sont composées d'autres particules. Par exemple, les protons sont composés de quarks . En revanche, les particules élémentaires (aussi appelées particules fondamentales ) ne sont pas constituées d'autres particules. D'après nos connaissances actuelles , il n'en existe qu'un très petit nombre, comme les leptons , les quarks et les gluons , bien qu'il soit possible que certaines soient composites selon des modalités encore inconnues. Alors que les particules composites peuvent souvent être considérées comme ponctuelles , malgré leur structure interne, les particules élémentaires, quant à elles, ne présentent aucune structure connue à ce jour.

Stabilité

Les particules élémentaires (comme les muons ) et composites (comme les noyaux d'uranium ) sont connues pour se désintégrer . Celles qui ne se désintègrent pas sont dites stables, comme les électrons et les noyaux d'hélium-4 . La durée de vie des particules stables peut être infinie ou suffisamment longue pour empêcher l'observation de ces désintégrations. Dans ce dernier cas, on dit qu'elles sont « observationnellement stables ». En général, une particule se désintègre d'un état de haute énergie à un état de plus basse énergie en émettant un rayonnement , comme des photons .

Mécanique statistique

la thermodynamique , aux lois des gaz parfaits et à la compréhension du mouvement brownien .

Astrophysique

L'astrophysique utilise la notion de « particules » à de nombreux niveaux. Le rayonnement particulaire est émis par les étoiles, les rayons cosmiques sont des particules de haute énergie (principalement des noyaux atomiques nus), on les retrouve également dans les anneaux planétaires , le vent solaire , les météores , les noyaux d'hydrogène du Soleil , les particules de poussière qui s'agrègent pour former des planètes et le gaz interstellaire qui s'effondre pour former une étoile . Des systèmes autogravitants de particules ponctuelles représentant les étoiles sont utilisés pour modéliser la formation des galaxies .

simulation à N corps

physique numérique , les simulations à N corps (également appelées simulations à N particules) sont des simulations de systèmes dynamiques de particules sous l'influence de certaines conditions, comme la gravité . Ces simulations sont courantes en cosmologie et en dynamique des fluides numérique .

N désigne le nombre de particules considérées. Les simulations avec un N plus élevé étant plus gourmandes en ressources de calcul, les systèmes comportant un grand nombre de particules réelles sont souvent approximés par un nombre plus petit de particules, et les algorithmes de simulation doivent être optimisés par diverses méthodes .

sciences atmosphériques, une particule est un petit objet localisé qui peut être décrit par plusieurs propriétés physiques ou chimiques , telles que le volume , la densité ou la masse . La poussière , la suie et la fumée sont des formes plus grandes de matière particulaire, les formes plus petites étant les atomes et les molécules.

sciences du sol

Le sol est considéré comme composé de particules. Ces particules, distinctes les unes des autres, sont solides ; elles ne peuvent pas se déplacer les unes par rapport aux autres aussi facilement que les particules d’un liquide. La force exercée sur le sol est transmise par les points de contact entre les particules, une partie de cette force déformant ces dernières. Les particules glissent les unes sur les autres sous l’effet de cette force.

Distribution des particules

Exemples de dispersion colloïdale stable et instable.

Les particules colloïdales sont les constituants d'un colloïde. Un colloïde est une substance dispersée microscopiquement et uniformément dans une autre substance. Un tel système colloïdal peut être solide , liquide ou gazeux , et continu ou dispersé. Les particules de la phase dispersée ont un diamètre compris entre 5 et 200 nanomètres environ . Les particules solubles plus petites forment une solution et non un colloïde. Les systèmes colloïdaux (également appelés solutions colloïdales ou suspensions colloïdales) relèvent de la science des interfaces et des colloïdes . Les solides en suspension peuvent être contenus dans un liquide, tandis que les particules solides ou liquides en suspension dans un gaz forment un aérosol . Les particules peuvent également être en suspension sous forme de particules atmosphériques , qui peuvent constituer une source de pollution de l'air . De plus, les particules plus grosses peuvent former des débris marins ou spatiaux . Un conglomérat de particules solides macroscopiques distinctes peut être décrit comme un matériau granulaire .