Particules

Les molécules

Les molécules sont des particules formées à partir de chaînes d'atomes. La constitution des molécules peut varier et elles peuvent avoir des structures très complexes. Les molécules n'ont pas de charge électrique. Voici quelques exemples de molécules :

Atome

Les atomes, éléments de base de la chimie, sont les plus petites unités de matière qui peuvent avoir une charge neutre. Les atomes des différents éléments chimiques ont un nombre différent de neutrons, de protons et d'électrons, ce qui leur confère des propriétés particulières.

Les protons et les neutrons sont les particules qui existent dans le noyau de l'atome. Les électrons se déplacent autour du noyau.

Figure 1. Un atome, avec les protons et les neutrons en vert et les électrons en orbite en rouge. Source : Manuel R. Camacho, StudySmarter.

Les atomes sont classés par leur numéro atomique, qui identifie le nombre de protons présents dans le noyau. Le nombre de protons varie d'un élément à l'autre. Vois les exemples suivants d'atomes appartenant à différents éléments, y compris leurs symboles et leurs numéros atomiques :

Isotopes

Lorsqu'un élément a un nombre différent de neutrons et de protons, on l'appelle un isotope. Les isotopes sont présents dans la nature mais peuvent également être produits en laboratoire. L'hydrogène possède trois isotopes naturels, énumérés ci-dessous :

• Leprotium, qui possède un électron et un proton.
• Ledeutérium, qui possède un électron, un proton et un neutron.
• Letritium, qui possède un électron, un proton et deux neutrons.

Figure 2. Les isotopes du protium, du deutérium et du tritium (de gauche à droite). Source : Manuel R. Camacho, StudySmarter.

Les particules subatomiques classiques

Dans la théorie atomique classique, les atomes sont composés de trois particules subatomiques : les électrons, les protons et les neutrons, dont les deux premiers ont une charge électrique, tandis que les neutrons sont neutres. La théorie classique stipule également qu'il existe une autre particule, le photon, qui n'a pas de masse et qui est responsable des ondes électromagnétiques, comme dans la lumière. En résumé, nous avons :

• Lesprotons, présents dans le noyau de l'atome, ont une charge positive.
• Lesélectrons, qui se déplacent autour du noyau de l'atome et ont une charge négative.
• Lesneutrons, qui, comme les protons, sont présents dans le noyau de l'atome et n'ont pas de charge.
• Lesphotons, qui sont responsables du transport de l'énergie dans le spectre électromagnétique, y compris les ondes radio, les rayons gamma, la lumière UV, la lumière visible, etc.

Figure 3. Ce que nous percevons comme la lumière du soleil est en fait constitué de particules appelées "photons". Source : Andrey Larin, Flickr (CC0 1.0).

Nouvelles particules au 20e siècle

Dans le premier quart du 20e siècle, seules quelques particules atomiques classiques étaient connues, mais des découvertes ont prédit des électrons avec une charge positive. Ces prédictions, faites par le scientifique britannique Paul Dirac, ont été confirmées par le physicien américain Carl Anderson après l'étude des rayons comiques. L'électron chargé positivement, également connu sous le nom de "positron", a été la première preuve de l'existence de l'antimatière.

Les nouvelles découvertes ont conduit à une classification des particules en grands groupes de familles appelés leptons, hadrons et bosons.

Leptons, hadrons et forces atomiques

À l'échelle subatomique, nous connaissons maintenant deux autres forces en plus des forces gravitationnelle et électromagnétique. La première de ces forces agissant à l'échelle atomique est la force nucléaire forte, qui est responsable de la cohésion des particules. La deuxième force supplémentaire est la force nucléaire faible.

Les leptons, qui comprennent les électrons, les neutrinos, les taus et les muons, ne sont pas affectés par la force forte, tandis que les hadrons, qui comprennent les protons, les neutrons et les mésons, le sont.

Les bosons

Les bosons sont responsables de trois des quatre forces fondamentales de l'univers : l'électromagnétisme, la force nucléaire faible et la force nucléaire forte. La particule responsable de la gravité n'a pas été trouvée et n'existe qu'en théorie (graviton). Dans la famille des bosons, on trouve le photon, le gluon, le boson Z, le boson W et le boson de Higgs.

Particules issues de processus radioactifs

Il existe des particules qui sont créées dans le cadre de la désintégration radioactive, où un atome émet des particules en se brisant. Ces particules comprennent les particules alpha et les particules bêta :

• Les particules alpha : composées de deux neutrons et de deux protons, elles forment le noyau d'hélium.
• Particules bêta : composées d'électrons à grande vitesse, elles peuvent être positives ou négatives (antimatière).