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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Constitution de la matière
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2. Interactions fondamentales
2.1 Les quatre interactions fondamentales
Dans la nature, toute interaction entre deux particules peut être ramenée à l’une des quatre forces suivantes.
-
Interaction gravitationnelle
Connue depuis très longtemps, elle est responsable du mouvement des planètes et, plus proche de nous, de la pesanteur. Elle se manifeste chaque fois que des masses sont en jeu.
-
Interaction faible
Elle se manifeste, par exemple, lors de la désintégration β des noyaux, lors de la désintégration de certaines particules et intervient dans les réactions de fusion thermonucléaires à l’intérieur du soleil.
-
Interaction électromagnétique
C’est elle qui assure l’existence des atomes en liant les électrons, chargés négativement, au noyau, chargé positivement. Elle se manifeste chaque fois que des charges électriques sont en jeu, et joue un rôle fondamental en chimie.
-
Interaction forte
Elle est responsable de la cohésion nucléaire et lie les protons et les neutrons dans les noyaux. Elle est la manifestation d’une force plus fondamentale qui lie les quarks entre eux dans les hadrons.
2.2 Propriétés des quatre interactions fondamentales
À nos échelles d’énergies (nous verrons dans le dossier Expérimentation en physique des particules : résultats récents) qu’il n’en est pas de même à très haute énergie et, en particulier, aux premiers instants de l’Univers où les quatre forces n’en formeraient plus qu’une), ces quatre interactions ont des propriétés très différentes que l’on peut caractériser, en premier lieu, par...
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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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