Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
La physique des particules s’attache à étudier l’infiniment petit, la structure ultime de la matière. Des microscopes très performants sont ainsi utilisés et permettent d’observer l’objet à l’aide d’un faisceau d’énergie. Dans le cadre d’expérimentations de cette physique des hautes énergies, ce sont des microscopes accélérateurs de particules qui sondent des objets dont la taille est inférieure au fermi. Cet article propose les résultats récents de ces expérimentations en physique des particules. Après un rappel des principes de base, le paradigme actuel de l’Univers, les neutrinos ou encore le plasma de quarks et de gluons sont abordés.
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Particle physics is dedicated to the study of the infinitely small, the ultimate structure of matter. High-performance microscopes enable the observation of the object using a beam of energy. Within the framework of high-energy physics experimentations, particle accelerator microscopes study objects whose size is of less than the Fermi. This article presents the recent results of these experimentations in particle physics. After an overview on basic principles, the current paradigm of the Universe, neutrinos as well as quark and gluon plasma are dealt with.
Auteur(s)
-
Jean-Claude MONTRET : Professeurs des universités Laboratoire de physique corpusculaire Université Blaise-Pascal (Clermont II) – IN2P3/CNRS
INTRODUCTION
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 et, d’un point de vue expérimental, une physique des hautes énergies.
Les microscopes utilisés dans ce cadre sont les accélérateurs de particules qui produisent des faisceaux de plusieurs centaines de GeV [au LEP (Large Electron Positron), entre 1989 et 2000], voire d’une dizaine de TeV [à partir de 2007 avec le LHC (Large Hadron Collider)] permettant ainsi d’étudier des objets dont la taille est inférieure au fermi et donc de sonder, par exemple, la structure d’un proton. Néanmoins, les techniques d’accélération actuelles ne permettent d’augmenter l’énergie d’un électron que de 20 à 30 MeV environ sur une distance de 1 m. Pour porter un électron, initialement produit au repos, à plus de 100 GeV, il faut donc des accélérateurs (linéaires ou circulaires) gigantesques. La physique des particules est également une physique des très grands instruments (TGI).
Pour l’ensemble de cette partie expérimentale, le lecteur pourra se reporter en premier lieu au dossier Particules élémentaires et interactions fondamentales qui traite d’une manière théorique « les particules élémentaires et les interactions fondamentales ». Il pourra aussi consulter les ouvrages donnés dans les références accessibles aux étudiants, ainsi que les sites web du CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire) et de L’IN2P3 (Institut national de physique nucléaire et physique des particules) pour suivre les évolutions et s’informer des résultats les plus récents.
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Exemple d’accélérateur en physique des particules : le LEP
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2. Physique des particules : sonder les premiers instants de l’Univers
Actuellement, le modèle admis par la majorité des physiciens pour décrire la naissance puis l’évolution de l’Univers est celui du « Big Bang » selon lequel notre Univers aurait été créé il y a 13,7 milliards d’années, à partir d’une singularité d’espace-temps, par une explosion initiale au cours de laquelle l’ensemble de la matière qui le compose aujourd’hui aurait été créée. Plus précisément, l’énergie libérée par cette explosion a dû donner naissance, en vertu de la formule E = mc2, à une quantité égale de matière et d’antimatière, cette dernière ayant, pour des raisons encore imparfaitement comprises 6, quasiment disparue (à part dans les rayons cosmiques de très haute énergie où on la trouve avec un taux relatif faible de quelques 10−4).
À cet instant initial, l’Univers était ponctuel et à très haute température. Lors de son expansion, il s’est progressivement refroidi, sa température T diminuant comme
. Or, d’après la relation de Boltzmann, la température d’un système est liée à son énergie E par la relation E = kT, ce qui permet d’exprimer une température en unité d’énergie ; on a ainsi :
Dans ses tout premiers instants (t < 10−6 s), l’Univers était donc constitué de particules élémentaires (quarks, leptons et leurs antiparticules ou d’autres objets plus exotiques) interagissant entre elles à très haute énergie, et également...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ZITOUN (R.) - Introduction à la physique des particules - . Dunod (2004).
-
(2) - * - Encyclopedia Universalis : dictionnaire de la physique « Atomes et particules ».
-
(3) - CERN - * - Site Internet grand public : http://public.web.cern.ch/Public/Welcome-fr.html
-
(4) - IN2P3 - * - Site Internet de l’Institut national de physique nucléaire et physique des particules : http://www.in2p3.fr/page/communication/communicationf.htm
-
(5) - TONRY, al - * - Astro. J. Lett. 594, 1 (2003).
-
(6) - LANGACKER (P.) - Neutrino physics (theory) - . Exposé donné lors de la conférence « Lepton-Photon 2005 ».
-
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