Nous allons rappeler tout d’abord comment est constituée la MATIERE (avec un grand “M”) présente partout dans l’UNIVERS.
Tout d’abord, tout ce qui nous entoure nous paraît SOLIDE ou LIQUIDE ou GAZEUX. On appelle cela les 3 ETATS DE LA MATIERE. On a de mal à visualiser l’existence des GAZ. Seul le vent nous rappelle la présence de l’atmosphère, et les fumées et vapeurs l’existence d’émissions d’autres GAZ. Or, il faut déjà se rappeler que ces trois ETATS DE LA MATIERE ne sont dus qu’à la TEMPERATURE. A -271° C, près du “zéro absolu”, tous les corps sont SOLIDES. Et à plus de 4 000°C, on ne connait aucun corps qui ne soit pas GAZEUX.
A une échelle microscopique, toutes les SUBSTANCES sont constituées de MOLECULES. Une MOLECULE est la plus petite partie d’un produit qu’on peut obtenir en le coupant de plus en plus. Exemple : une MOLECULE d’eau. Et cette structure en MOLECULES permet d’expliquer les trois ETATS DE LA MATIERE. Pour l’eau, la glace est solide car les MOLECULES d’eau sont collées les unes aux autres car la TEMPERATURE n’est pas assez élevée pour les agiter suffisamment et les décoller. A partir de 0°C, les MOLECULES d’eau commencent à se détacher du cristal de glace et à rouler les unes sur les autres : l’eau devient LIQUIDE. En montant de 0 à 100° C, la TEMPERATURE croissante va agiter de plus en plus les MOLECULES d’eau et vers 100° C, celles-ci vont être tellement turbulentes qu’elles vont quitter le LIQUIDE car leur mouvement leur permet de contrebalancer la GRAVITE : l’eau liquide devient vapeur d’eau gazeuse !
On a supputé depuis l’Antiquité, puis ensuite démontré, que les molécules sont constituées de particules plus petites : les ATOMES. C’est la multitude de combinaisons possibles de ces ATOMES qui permet la variété quasi infinie des MOLECULES et donc des SUBSTANCES constituant notre UNIVERS. Car les ATOMES différents ne sont pas nombreux. Ils sont actuellement une grosse centaine et constituent les ELEMENTS qui sont rangés dans la CLASSIFICATION PERIODIQUE inventée en 1868 par le russe Mendeleïev. Ainsi une molécule d’eau est composée d’un ATOME de l’ELEMENT appelé “Oxygène” et de deux ATOMES de l’ELEMENT appelé “HYDROGENE”, d’où la formule chimique de l’eau “H2O” !
Puis, à partir du 19ème siècle, on a percé le secret des ATOMES. Ceux-ci sont eux mêmes composés de PARTICULES encore plus petites. On a découvert qu’un ATOME est constitué d’un NOYAU autour duquel gravitent, à de très grandes vitesses, comme dans un nuage, des PARTICULES minuscules chargées d’électricité négatives : les ELECTRONS. Et comme l’ATOME est électriquement neutre, c’est parce que dans son NOYAU, il y a des PARTICULES chargées positivement en nombre égal à celui des ELECTRONS : ce sont les PROTONS. Et pour terminer, dans le noyau coexiste un troisième type de PARTICULES : les NEUTRONS qui, comme leur nom l’indique sont neutres électriquement. A noter que le NOYAU d’un ATOME est 100 000 fois plus petit que l’ATOME lui même.
Les ATOMES peuvent perdre ou gagner des ELECTRONS lors des REACTIONS CHIMIQUES. Ils deviennent alors des IONS appelés ANIONS s’ils sont Négatifs et CATIONS s’ils sont positifs.
C’est la combinaison entre le nombre de PROTONS et de NEUTRONS dans le NOYAU qui permet de construire les différents ELEMENTS. On a aussi découvert que parfois, certains ELEMENTS ont un ou plusieurs NEUTRONS en plus ou en moins par rapport au NOYAU de l’ATOME “de base” : ce sont les ISOTOPES. Ainsi existe t’il, par exemple, du carbone 12 (Normal) et du carbone 14 (ISOTOPE avec 2 NEUTRONS en plus). Parfois, il y a tellement de NEUTRONS en trop ou en moins que l’ISOTOPE est INSTABLE et qu’il se décompose en deux ATOMES complètement différents de l’ATOME initial : c’est une FISSION NUCLEAIRE.
A noter qu’ils existent aussi des ANTIPARTICULES (Notamment POSITRONS = ELECTRON positif & ANTIPROTON = PROTON négatif) qui permettent sous certaines conditions de créer de l’ANTIMATIERE. Mais cette ANTIMATIERE ne peut exister naturellement car dès qu’elle rencontre de la MATIERE normale, elle se transforme en ENERGIE.
En fait, on pense qu’au début de l’UNIVERS, il y avait de la MATIERE et de l’ANTIMATIERE, que l’ANTIMATIERE a réagi avec la MATIERE et que l’ANTIMATIERE a complètement disparu. Et le surplus de MATIERE a constitué tous les corps présents dans l’UNIVERS.
Mais revenons à nos PARTICULES. Le NEUTRON peut se transformer en PROTON en produisant un ELECTRON et une particule très difficile à détecter, le NEUTRINO.
Depuis 1932, il existe les ACCELERATEURS DE PARTICULES ou COLLISIONNEURS qui sont des appareils provoquant des chocs entre des ATOMES ou des NOYAUX accélérés à très haute vitesse, en les précipitant les uns contre les autres. Lors de cette collision, les ATOMES ou NOYAUX explosent en un nuage de PARTICULES et des DETECTEURS recréent les trajectoires de celles-ci, permettant ainsi de les identifier par la forme et la durée de ces trajectoires.
C’est en 1969 que l’on découvre que les ELECTRONS, PROTONS et NEUTRONS sont eux même constitués de particules plus petites : les QUARKS ! Et c’est l’organisation des différents types de QUARKS (U / D / S / C / B / T) qui crée la variété de la principale famille de PARTICULES : les BARYONS .
On a aussi mis en évidence d’autres PARTICULES élémentaires que nous ne développerons pas ici car ils interviennent peu en Astronomie :
– les GLUONS – les BOSONS – les LEPTONS- les MESONS
Enfin, il est une PARTICULE très spéciale que nous détaillons dans l’Astrofiche “La Lumière et les ondes électromagnétiques car elle y joue un rôle primordial : c’est le PHOTON.
Ouf, cela fait beaucoup, mais il était indispensable de rebalayer ces informations car les constituants de la MATIERE sont souvent évoqués lors des découvertes astronomiques.