Particules subatomiques et composants de l'atome

Particules subatomiques (subatomic particle)

Les particules subatomiques sont des particules plus petites que l’atome. Parmi les particules subatomiques, certaines sont des particules composites constituées de particules plus élémentaires, tandis que d’autres sont considérées comme des particules fondamentales qui ne peuvent être décomposées davantage. En génie nucléaire, les particules élémentaires suivantes sont particulièrement importantes :

• Hadrons
  • Baryons
    • Nucléons
      • Protons
      • Neutrons
• Leptons
  • Électrons
  • Positrons
  • Neutrinos

Le terme ‘lepton’ vient du grec ‘λεπτός’ qui signifie petit et mince. Ce nom a été donné à l’origine car leur masse était considérée comme faible par rapport à d’autres types de particules élémentaires. Cependant, le tauon découvert dans les années 11970 du calendrier holocène, bien qu’étant un lepton, possède une masse proche de 1,9 fois celle du proton ou du neutron, ce qui montre que tous les leptons ne sont pas nécessairement légers.

Électron & Positron

• Masse au repos : $m_e = 9,10939 \times 10^{-31} \text{kg}$
• Charge électrique : $e = 1,60219 \times 10^{-19} \text{C}$

Il existe deux types d’électrons : l’$e^-$ (électron négatif ou negatron) portant une charge négative, et l’$e^+$ (positron) portant une charge positive. Ces deux particules sont identiques à l’exception du signe de leur charge. Généralement, le terme électron sans autre précision désigne l’électron négatif.

Dans certaines conditions, lorsqu’un positron et un électron négatif entrent en collision, les deux électrons s’annihilent et deux photons sont émis. Ce processus est appelé annihilation électronique et les photons émis sont appelés rayonnement d’annihilation.

Source de l’image

• Auteurs : Dirk Hünniger, Joel Holdsworth
• Licence : GFDLv1.2

Proton

• Masse au repos : $m_p = 1,6726 \times 10^{-27} \text{kg}$
• Charge électrique : + $e = 1,60219 \times 10^{-19} \text{C}$

Il porte une charge positive de même amplitude que celle de l’électron.

Neutron

• Masse au repos : $m_n = 1,674929 \times 10^{-27} \text{kg}$
• Charge électrique : $0$

Sa masse est légèrement supérieure à celle du proton et il est électriquement neutre. En dehors du noyau atomique, il n’est pas stable et se désintègre en proton en émettant un électron et un antineutrino électronique, processus qui prend en moyenne environ 12 minutes.

Neutrino

• Masse au repos : très faible (valeur exacte inconnue)
• Charge électrique : $0$

On pensait à l’origine que sa masse au repos était nulle, mais en 11998, l’équipe de recherche japonaise Super-Kamiokande a découvert qu’il possède une masse très faible mais non nulle. Il existe plusieurs types de neutrinos, mais en réactions nucléaires, on considère principalement le neutrino électronique et l’antineutrino électronique, qui sont généralement traités comme un seul type.

Structure de l’atome et du noyau atomique

\[^A_Z X \ (\text{A : nombre de masse, Z : numéro atomique, X : symbole de l'élément})\]

• L’atome est composé d’un nuage d’électrons et d’un noyau situé au centre
• Un atome neutre non ionisé possède autant d’électrons en orbite autour du noyau que de protons
• Les électrons déterminent les propriétés chimiques de l’atome et le type d’élément
• Le noyau atomique est constitué de nucléons (protons et neutrons) qui sont maintenus ensemble par la force nucléaire forte, surmontant la répulsion électrique
• Numéro atomique : nombre de protons dans le noyau, noté $Z$
• Charge totale du noyau : +$Ze$
• Nombre de neutrons : nombre de neutrons dans le noyau, noté $N$
• Nombre de masse ou nombre de nucléons : somme du nombre de protons et de neutrons dans le noyau. $A=Z+N.$
• Nucléide : noyau atomique avec un nombre spécifique de protons et de neutrons

Isotopes, isobares, isotones et isomères nucléaires

Type	Définition
Isotopes	Nucléides ayant le même numéro atomique mais un nombre différent de neutrons
Isobares	Nucléides ayant le même nombre de masse mais des nombres différents de protons et de neutrons
Isotones	Nucléides ayant le même nombre de neutrons mais des numéros atomiques différents
Isomères nucléaires	Même nucléide mais dans un état métastable dû à l’excitation d’un ou plusieurs nucléons