LA PHYSIQUE DES PARTICULES

] Tous les élèves du secondaire savent que la matière est faite de molécules. Les molécules sont des combinaisons d'atomes. Chaque atomes possède un noyau autour duquel gravitent les électrons. Chaque noyau est composé de neutrons et de protons. Les protons et neutrons sont eux mêmes formés de particules plus subtiles les QUARKS.

] LES FORCES DE LA NATURE: ELLES SON AU NOMBRE DE 4.

] La force de gravitation:

C'est elle qui maintient les planètes sur orbite autour du soleil ou qui définit l'attraction terrestre sur les objets qui l'entourent. Elle est dominante à l'échelle cosmique. C'est elle qui regroupe les étoiles en galaxies, conserve le soleil avec sa famille de planètes en orbite, fixe la lune à la terre et maintient les océans et l'atmosphère à leur juste place.

] La force électromagnétique:

C'est elle qui maintient les électrons à proximité du noyau. Ce que nous pouvons voir, sentir, goûter dépend de cette force. En somme les propriétés physiques et chimiques d'un corps dépendent de cette force.

] La force nucléaire forte:

Elle permet de maintenir ensembles les nucléons (protons et neutrons) à l'intérieur du noyau. Elle est aussi appelée force de couleur.

] La force nucléaire faible:

Si la force de couleur maintient l'unité du noyau, c'est la force nucléaire faible qui peut en provoquer la rupture. C'est la caractéristique des noyaux atomiques radioactifs, pour lesquels certains neutrons peuvent se transformer en protons ou inversement.

] Pendant de nombreuses années ces 4 forces semblaient être de nature totalement indépendantes. Des progrès ont été réalisés dans l'unification de toutes ces forces, à l'exception encore de la gravitation.

] On divise les particules en deux familles: les HADRONS et les LEPTONS.

Un proton est formé de trois quarks (u,u,d) ; un neutron est formé des trois quarks (u,d,d)

Charge

-1/3

2/3

-1

0

I

Quark d

Quark u

Electron

Neutrino électronique

II

Quark s

Quark c

Muon

Neutrino

Muonique

III

Quark b

Quark t

Tau

Neutrino tauonique

Exemple: Un proton a une charge égale à +1.

En effet, il est composé de trois quarks (u.u.d)

u(2/3) + u(2/3) + d(-1/3) = 1 (charge du proton)

Un neutron a une charge nulle. Vérifions le.

Le neutron est composé de trois quarks u,d,d.

u(2/3) + d(-1/3) + d(-1/3) = 0 neutralité.

Un exemple : l'antiparticule de l'électron est le positron. C'est une particule de même masse que l'électron mais de charge opposée.

Les Leptons connus sont: Les électrons, les muons, les particules tau avec leur neutrino respectif associé.

Le spin d'une particule: On pourrait faire une comparaison avec le mouvement de rotation (précession) d'une toupie autour de son axe.

Le spin d'une particule est égal à 1/2 si elle se retrouve dans le même état après 1/2 tour.

Les hadrons et les leptons ont un spin égal à 1/2.

] Les bosons?

Les bosons transmettent les forces pour les quarks entre eux. Leur spin est égal à 0 ou 1 ( 1 tour complet pour se retrouver dans le même état).

Ainsi:

Le GRAVITON est l'agent de transmission de la force gravitationnelle (entre deux masses).

Le PHOTON est l'agent de transmission de la force électromagnétique ( entre le noyau et les électrons par exemple)

Le GLUON est l'agent de la force nucléaire forte (entre nucléons à l'intérieur du noyau)

W+ W- Z les agents de transmission des forces nucléaires faibles.

A chaque interaction il correspond un type approprié de boson (médiateur). Les baryons (nucléons) s'échangent entre eux des bosons.

Les photons sont les médiateurs de L'ELECTROMAGNETISME. Les GLUONS sont les médiateurs de l'interaction FORTE qui relie les quarks entre eux à l'intérieur du noyau. W+ W- Z sont les médiateurs de l'interaction nucléaire faible.

L'interaction qui lie les quarks par trois pour former les nucléons s'appelle: CHROMODYNAMIQUE QUANTIQUE (QCD).

L'interaction entre les particules chargées, comme les électrons et les noyaux s'appelle ELECTRODYNAMIQUE QUANTIQUE (QED)

C'est elle qui lie électrons et noyaux pour former des atomes.

INTERACTION

BOSON

GRAVITATIONNELLE

GRAVITON

ELECTROMAGNETIQUE

PHOTON

NUCLEAIRE FORTE

GLUON

NUCLEAIRE FAIBLE

W- W+ Z

] Les physiciens essayent de construire aujourd'hui une théorie unitaire qui engloberait les 4 interactions connues. Les physiciens essayent de trouver la clé unique qui ouvrirait les 4 serrures.

A très haute énergie, ces 4 champs (forces) sont uniformisés. On essaye aujourd'hui d'unir ces 4 champs en un champ de HIGGS (dont le médiateur serait le boson de higgs qui n'a pas encore été trouvé).

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