Des atomes aux particules et au del:ELEMENTAIRE, MON CHER WATSON!lapThPrparation collective:

P. Aurenche, L. Gallot, J.P. Guillet, E. Pilon, E. Ragoucy, R.Taillet

Chercheurs au LAPTH

Llment en physiqueDe quoi est faite la matire ?Dmocrite (400 av. J.C.): matire granulaireRejete par Platon, AristoteATOMES indivisibles, ternels variables en taille, masse, forme se combinant entre euxVision matrialiste, mcaniste de la natureInvrifiable ( cette poque)

Plan de lexposDes quatre lments latome et au tableau priodique

De latome aux particules lmentaires

Au del: la thorie des cordes?Une nouvelle ide de llmentaritPremires dfinitions de llmentaritChangement de la notion dlmentarit

leaule feula terrelairLes 4 lments

leaule feula terrelairlments de contrle

Boyle (1627 - 1691)lments: Substances se combinant entre elles pour former des composs mais ne pouvant tre rduites dautres substances plus simples

Chimie naissante (1766)Argent Azote Calcium Carbone ChloreCuivretainFerHydrogneIodeMagnsiumOrOxygne Plomb PotassiumSodium Zincetc

Lhypothse atomiqueEau = Hydrogne + Oxygnevolumes = 2 1J. Dalton (1803):La matire est granulaire : elle est compose datomes= H2O

Feuil1

207Plomb

200.5Mercure

108Argent

65Zinc

59Cobalt - Nickel

35.5Chlore

32Soufre

16Oxygne

14Azote

12Carbone

11Sodium

7Lithium

1Hydrogne

Dmitri Ivanovitch Mendeleiev (1834-1907)Rangement des lments selon leurs proprits chimiques(1869)

Le tableau priodique de Mendeleiev (1869)

Le tableau priodique la fin du XIXime sicle

Le tableau priodique actuel

Llmentarit en chimieAtome: llment chimique

Explication des proprits chimiques ?Explication des masses atomiques ?Liste longue et rgularit ?

Puissances de 101 mm (millimtre) = 10-3 m (mtre)

1 cheveu = 10-2 mm = 10-5 m(il faut 100 cheveux cte--cte pour couvrir 1 mm)

1 atome dhydrogne = 10-7 mm = 10-10 m(il faut 10 millions atomes cte--cte pour faire 1 mm)

(Remarque: la tome de Savoie = 102 mm)

Lexprience de Rutherford (1912)Sonder latome?Rsultat :

Latome est composUn noyau central (+)Des lectrons (-1) rpartis en couches

Le tableau de Mendeleiev est expliqu (numro atomique, proprits chimiques, ) atome : 10-10 mnoyau : 10-14 m

Le noyau est composDeux particules ingrdients : le proton (+1) et le neutron (0)Bonus : masses atomiques expliquesnoyau:10-14 m

Les quarks+1 = proton(10-15 m)0 =

quivalence masse-nergieDe la masse peut donner de lnergie

De lnergie peut donner de la masse :mc2 = EE = mc2

De nouvelles particules (depuis 1930)Le muon m, ...les quarks s (trange), c (charm), b (beau), Les neutrinos (lectroniques, muoniques, ...)(liste non-exhaustive)

Ces particules Ne sont pas des sous-constituants de la matire ordinaire Ne sont pas composesComment les classer ?En utilisant leurs interactions

InteractionsGravitation ...

Particules de matireeDsintgration du neutron :Dcouverte du quark t (1995)charge lectriqueinteractionforte

Particules messagres Comment expliquer les masses ? Pourquoi trois interactions ? Pourquoi trois familles ?

Une possibilit : les cordes Particules = mode de vibration (matire ou messagre)

Masse = frquence de lharmoniqueBonus : interaction gravitationnelle !lment = corde

Cordes et monde rel 10 dimensions et non pas 4 les particules et interactions ne sont pas exactement celles observesRendre 6 dimensions trs petites Le choix est vaste !

ConclusionChimie Particules lmentaires (aujourdhui)Atomes Autres particules :lectronsquarks u, dneutronsprotons - matire- interactionsAller au del : une possibilit, les cordes ?Dcider entre ces possibilits : besoin dinformations* acclrateurs de particules (LHC au CERN, 2007)* donnes cosmologiques