Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article se propose de rassembler les connaissances générales sur la physique des particules élémentaires, cette science à la fois théorique et expérimentale. La constitution de la matière est tout d’abord présentée, avec elle les notions de symétries discrètes, les nombres quantiques, le modèle des quarks, les états liés. Sont ensuite détaillés les différents types d’interactions (fondamentale, gravitationnelle, faible, électromagnétique et forte), leurs propriétés, relations, théories et modèles.
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Auteur(s)
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Jean-Claude MONTRET : Professeurs des universités Laboratoire de physique corpusculaire Université Blaise-Pascal (Clermont II) – IN2P3/CNRS
INTRODUCTION
Le but de ce dossier est de permettre au lecteur d’acquérir ou de préciser des connaissances générales sur les constituants élémentaires de la matière et sur leurs interactions fondamentales.
La notion de particules élémentaires, constituants universels de la nature, est un concept plus simple et plus ancien que celui de particules vecteurs des interactions. La démarche proposée, qui consiste à présenter en premier lieu la constitution de la matière puis les interactions fondamentales, a l’avantage de lier les aspects historiques et didactiques de cette discipline.
L’articulation entre les deux parties se fait par l’utilisation de principes fondamentaux de la Mécanique quantique relativiste, dont on rappelle quelques points essentiels et indispensables pour la compréhension du texte.
La physique des particules élémentaires n’est pas seulement une science théorique mais également une science expérimentale s’appuyant sur des très grands équipements tels les accélérateurs de particules, microscopes modernes de l’infiniment petit. Ces derniers permettent aux physiciens de recréer, par collisions entre particules, de « mini Big-Bangs » ouvrant ainsi l’espoir d’étudier, par exemple, l’Univers tel qu’il était quelques millionièmes de milliardième de seconde après sa naissance. Cet aspect sera abordé dans le dossier Expérimentation en physique des particules : résultats récents avec ses développements les plus récents.
Tout lecteur intéressé plus particulièrement, et qui souhaite approfondir ses connaissances, pourra lire le dossier sur la Mécanique quantique dans cette même base documentaire et les ouvrages notés en références bibliographiques à .
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Interactions fondamentales
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1. Constitution de la matière
La physique des particules élémentaires a deux buts intimement corrélés.
Tout d’abord, elle recherche les constituants ultimes de la matière afin de répondre à la question : de quoi le monde est-il fait ? Ensuite, elle s’interroge sur les mécanismes qui régissent les interactions entre ses constituants. Ces questions, bien qu’anciennes, sont toujours en vigueur et sont à la base d’une démarche scientifique dont la physique des particules (encore appelée physique des hautes énergies) constitue l’avancée extrême.
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La recherche des éléments
Dès l’Antiquité, les philosophes grecs, suivant les idées de Démocrite, postulent que les objets naturels sont construits à partir d’un nombre restreint d’éléments dont l’agencement et les proportions variables définissent leurs propriétés. Cette idée séduisante est encore d’actualité dans notre recherche des éléments fondamentaux constituant l’Univers.
À la fin du XIXe siècle, les chimistes identifient et classent les éléments dont toute substance est composée. Cette classification (dite classification de Mendeleïev), qui permet de prédire les propriétés des substances, appelle néanmoins à simplification afin de comprendre de quoi sont faits tous ces éléments.
Ce sont les physiciens qui, succédant aux chimistes, percent le secret de la structure des édifices atomiques et moléculaires. Ainsi, dans les années trente, la situation s’est considérablement simplifiée.
L’électron apparaît comme constituant universel de la matière et, avec le proton et le neutron, particules lourdes formant le noyau atomique, permet de reconstruire la totalité de la classification de Mendeleïev.
À cette connaissance des constituants s’ajoute celle des quatre interactions régissant les lois de l’Univers : la gravitation, l’électromagnétisme, l’interaction faible responsable, entre autre, de la désintégration β des noyaux et l’interaction forte qui lie les protons et les neutrons dans les noyaux.
Les théories quantiques nous enseignent que chacune de ces interactions doit être véhiculée par une particule, quantum du champ qu’elle représente, et l’on connaît à cette époque le photon,...
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Constitution de la matière
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GROSSETÊTE (B.), VANNUCCI (F.) - Interactions et particules - . Eyrolles. Paris (1991).
-
(2) - NATAF (R.) - Introduction à la physique des particules - . Masson. Paris (1988).
-
(3) - GRIFFITHS (D.) - Introduction to elementary particles - . John Wiley and Sons. New York (1987).
-
(4) - NASH (C.) - Relativistic quantum fields - . Academic Press. Londres (1978).
-
(5) - PILKUHN (H.M.) - Relativistic particle physics - . Springer-Verlag (1979).
-
(6) - AITCHISON (I.J.R.) - Relativistic quantum mechanics - . McMillan Press (1972).
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