Physique des particules : la nécessité de l’énergie et des grands instruments
Expérimentation en physique des particules : résultats récents

Le but de la physique des particules est d’étudier la structure ultime de la matière, c’est donc une physique de l’infiniment petit qui, à ce titre, nécessite d’utiliser des microscopes très performants. Le principe d’un microscope est d’éclairer l’objet que l’on souhaite étudier par un faisceau de nature et d’énergie adéquates. Dans le cas du microscope optique classique, le faisceau est constitué par de la lumière visible dont la longueur d’onde λ est de l’ordre du micromètre.

Le pouvoir de résolution d’un microscope est directement proportionnel à λ. Si l’on veut observer des objets de plus en plus petits, il faut donc diminuer λ. Or, un principe de mécanique quantique introduit par Louis de Broglie en 1924, appelé « dualité onde-corpuscule » postule qu’à toute particule est associée une onde et réciproquement. Ainsi, la lumière peut être considérée soit comme une onde (lorsque l’on fait des expériences mettant plutôt en jeu sa propagation), soit comme un ensemble de photons (lorsque l’on fait des expériences mettant en jeu son interaction avec de la matière). Suivant ce principe, on peut caractériser un faisceau de particules d’impulsion p par la longueur d’onde λ de son onde associée, et l’on a la relation : . Ainsi, plus la particule est énergétique, plus sa longueur d’onde est petite et, donc, meilleur sera le pouvoir de résolution du microscope réalisé à partir de ce faisceau de particules. Si l’on considère, par exemple, un faisceau d’électrons accélérés sous une différence de potentiel de 100 V, la longueur d’onde associée sera de l’ordre de 1 angstrom, et le microscope correspondant (appelé microscope électronique) permettra d’améliorer les performances du microscope optique classique d’un facteur 1 000.

Ainsi, pour sonder les constituants ultimes de la matière, les microscopes utilisés sont les accélérateurs de particules de haute énergie.