36 - qu’est-ce qu’une particule neutre ?

L’article ci-dessous illustre parfaitement ce que nous entendons par l’apport de la mécanique générale  à l’étude des phénomènes. Il s’agit de décrire le fonctionnement effectif des objets physiques, de comprendre leurs propriétés à partir des observations, de leur action et réaction, tout en les reliant à des principes généraux et des lois de physique fondamentales.

L’un des phénomènes les plus mal compris en physique est celui de la neutralité des particules. Pour la physique actuelle, le neutron ne se distingue pas du proton dans l’atome, les deux particules étant interchangeables comme deux états d’un même objet : le nucléon. La charge électrique ne joue plus qu'un rôle d'étiquette qui distingue les deux états possibles P et N.

Dans le noyau, le neutron est-il vraiment neutre ? Le neutron dans l'atome n'est pas le même que le neutron libre. Il  n'est pas neutre car il se trouve à l'origine de la force nucléaire. Celle-ci existe lors de la relation  proton/ neutron dans l’atome. La neutralité électronique du neutron  est effective lorsqu'il se trouve en état de transition, après avoir été arraché à un atome. Quel rapport pouvons-nous établir entre cet état de décomposition et le constat de sa non réactivité E.M. ? Quelle est donc la cause physique, matérielle,  qui différencie  l’état de charge E.M et nucléaire de l’état neutre ? Par ailleurs, qu’en est-il de l’action du neutron dans l’atome car si les deux particules étaient aussi interchangeables, on ne voit pas pourquoi il serait nécessaire de les distinguer - surtout par leur masse ?

Il faut réfléchir sur l'origine de la charge en analysant  son absence, et nous demander quelles sont les caractéristiques des particules neutres susceptibles de les distinguer. La question essentielle est de savoir pourquoi celles-ci ne possèdent pas de charge électrique, pourquoi leur passage n'est pas détectable dans une chambre à bulles (elle n'ionise pas les électrons) et pourquoi  elle reste quelque peu insensible à l'action d'un champ

Une propriété est frappante qui le distingue du proton et de l’électron : le neutron est dans une phase de transition,  dans un état de décomposition, en train de perdre de la masse pour donner deux particules qui sont elles mêmes chargées (p,e)

La physique distingue habituellement deux types de neutralité : le cas d'un atome neutre où les charges positives et négatives s'annulent, le cas de particules isolées neutres, qui ont la  particularité est de n'entretenir aucune relation de type électromagnétique. On explique qu’à l’intérieur du neutron, les charges positive et négative s’annulent. Mais on ne comprend pas comment une masse de matière compacte et de si grande densité peut contenir un pôle nord et sud s’annulant. Comment modéliser une particule possédant deux champs magnétiques contraires ?

La neutralité se définit par l’absence de réactivité électromagnétique. Cela signifie qu’aucune force attractive ou répulsive n’émane d’une structure neutre. . Cependant, nous pouvons avoir des atomes neutres produisant certains effets E.M. liés à leur mouvement dipolaire. De même, une molécule polarisée crée autour d’elle un champ électrique qui suscite un effet d’attraction sur une molécule non polaire située dans son voisinage Un atome est dit neutre lorsque ses protons sont pourvus d’électrons et qu’il n’a plus d’activité électromagnétique extérieure. Ici, nous avons deux charges de signe contraire portées par deux particules.

D’une façon générale, toute particule, tout atome, toute molécule qui est en mouvement a une action sur son environnement. Et ces mouvements engendrent, selon des intensités variables liées à leur nature, des effets de type électromagnétique. Nous ainsi pouvons recenser trois formes principales de mouvement qui produisent des déplacements d'ondes: les rotations sans translation dans l’espace, la translation dans l'espace (mouvement rectiligne du  photon et des particules), et mixte  (rotation de spin et mouvement orbital et dipolaire). Tout autre est la neutralité « intrinsèque » d’une seule particule.

En effet, ce lien que nous établissons entre ces mouvements et leurs effets E.M ne concerne pas le neutron alors même qu'il est doté d’un moment magnétique,  d'un mouvement du spin et qu'il effectue des mouvements de translation. Pour les neutrons libres (que nous distinguons des neutrons atomiques), l’indifférence électromagnétique se manifeste par une absence de réaction aux charges des autres particules et aux champs électromagnétiques.

Puisque nous persistons à croire que l’origine de la charge est le spin, il nous faut démontrer pourquoi le neutron ne produit pas des effets E.M classiques

1- Manifestations physiques de la neutralit2

Il faut examiner plus précisément la nature de la neutralité du neutron libre pour constater  une effective contradiction entre son mouvement (rotation de spin et translation) et son indifférence E.M. Il possède un moment magnétique et se comporte de fait comme un petit aimant, ce qui  nous apparaît, guère surprenant. En effet, une particule sans mouvement de spin, et donc sans moment magnétique, ne saurait exister puisque la rotation de la particule est le mode exclusif de préservation de l’intégrité de la masse. Il n’est donc pas totalement insensible à l’action d’un champ magnétique. De fait, dans un champ E.M non uniforme, le neutron, si son spin est parallèle, est rejeté à la périphérie. Par contre, si le spin est antiparallèle, la force centrale peut le maintenir au voisinage de l’axe de la zone et son hélicité  l’enroule autour de l’axe. Il est donc possible de  confiner ce type de neutron puisqu’on peut le soumettre aux forces du champ E.M.

Le neutron a un moment magnétique opposé à celui de l'antineutron. On produit l'antineutron par un échange de charge au cours d'une collision à partir d'un antiproton. L'antiproton ( - )  donne sa charge à un proton ( + )  produisant une paire neutron ( - ) antineutron ( + ) :  p ( - ) + p  > n ( -) + n  ( + ). Le neutron possède ainsi des caractères qui sont ceux de l’électromagnétisme mais  dénué de certains autres. A cause de son absence de charge, le neutron traverse la matière sans révéler sa présence ; le seul cas où il perd un peu de son énergie, c’est lors  du passage dans le voisinage d'un noyau atomique qu'il projette. Ces chocs sont très rares et le neutron peut traverser des épaisseurs considérables de matière, il est simplement dévié s’il rencontre un noyau.

2- Qu'est-ce donc que la neutralité ?

Le neutron possède ainsi des propriétés assez différentes des deux autres particules chargées. Mais il faut bien qu'il s'agisse de propriétés matérielles, d'une quelconque singularité attachée à sa matière, à sa substance, à des caractères dépendant de la nature de son mouvement, bref, il faut bien qu'il y ait une cause physique qui distingue les particules neutres des particules chargées.

Nous avons posé comme hypothèse que la permanence d'une particule était liée au maintien de l'intégrité de son mouvement de spin qui implique la permanence de sa masse. A cette condition une particule pouvait être dotée d'une charge puisque nous avons supposé que cette charge avait pour seule origine le mouvement de rotation de la particule. Il en résulte qu'une particule qui ne possède pas de charge ne peut avoir un mouvement de spin "normal" et qu'il est  en conséquence porté atteinte à l'intégrité de sa masse. Cependant, son mouvement de spin doit demeurer car s'il disparaissait, cela signifierait que la particule s'est transformée en rayonnements. Il doit exister un état intermédiaire entre l'état photonique et celui de matière permanente, une situation ou une particule ne possède pas tous les attributs d'une particule sans pour autant émarger à l'état lumière.

Qu’il  existe des particules neutres, en décomposition, cela nous semble tout à fait  naturel. En effet, un état intermédiaire de transition, s'impose entre les deux états  que sont la matière permanente (ou particulaire)  et l'état lumière (ou photonique). Entre la décomposition quasi instantanée (annihilation de la particule avec son antiparticule) et la matière permanente nous rencontrons une décomposition plus ou moins rapide (notamment les particules éphémères issues des accélérateurs). 

Cet état est une transition : une particule neutre doit être définie comme un moment transitoire d'instabilité et de perte de masse dont le mouvement de spin ne répond plus aux conditions posées pour assurer la permanence de la matière. Si la masse est perturbée, la rotation de la particule doit l'être également, de sorte qu'il ne soit plus possible de la considérer dans son état d'énergie fondamental permanent. Dès lors, la neutralité d'une particule est un moment de transition d'une masse de valeur donnée vers une autre ou vers son annihilation, ce qui implique un état de matière en décomposition. Cette désintégration plus ou moins partielle de la matière peut être assimilée à un moment d'effervescence et de perte de matière que peut expliquer le spectre continu observé dans sa désintégration.

On peut l’appréhender par l'image comme de la «matière molle», qui perd de sa masse un peu à chaque tour sur elle-même, et qui épouse et contourne les obstacles. Quand le neutron passe à proximité d'une particule chargée, qui a maintenu l'intégralité de sa masse et sa vitesse de spin, la matière molle du neutron se trouve repoussée, déviée, elle glisse et peut effectivement pénétrer dans le cœur des atomes et sans doute accentuer sa perte de masse à ces contacts. Il est donc évident que la neutralité d'une particule est liée à sa mutation et pour le neutron cet état de transition prélude à l’émergence des proton, électron et neutrino.

En définitive les propriétés de particules neutres peuvent comprendre que si elles se déduisent des propriétés des particules chargées selon lesquelles :

1° ) La permanence de matière est assurée par la persistance de son mouvement de spin.

2° ) La charge d'une particule dépend de la persistance et de l'intégrité de sa masse

En conséquence une particule non chargée ne possède pas une masse permanente et on doit la considérer comme dans un état instable de transition. L'existence du neutron, comme matière en décomposition, confirme notre principe selon lequel seules les particules de matière permanente conservent l'intégralité de leur mouvement de spin acquit à leur création et peuvent réagir électriquement avec d'autres particules. Réciproquement, si nous constatons des particules neutres, alors nous pouvons en déduire qu'il s'agit de particules en mutation qui ont un mouvement de spin anormal.

Si la permanence de la masse n'est pas une condition générale de l'attachement d'une charge à une masse, on peut dire que les particules ayant une masse permanente sont dotées d'une charge. (Pour les particules chargées éphémères, outre la durée de vie plus longue qui les distingue pour la plupart des particules neutres, il serait souhaitable de procéder à un examen approfondi des modalités phénoménologiques de leur mutation pour comprendre un peu mieux le fonctionnement de la charge

La rotation du neutron est perturbée, il perd de sa masse et se présente comme de la « matière molle «. Il ne peut être soumis à l’action d’un champ magnétique car le rejet de sa matière effervescente l’empêche d’être sensible à la direction imposée par les ondes d’un champ électromagnétique.