Le modèle standard des particules, et au-delà… Le modèle standard (MS) de la physique des particules est la théorie qui résume nos connaissances actuelles sur les particules élémentaires et sur leurs interactions. Les particules élémentaires sont les 6 quarks et les 6 leptons. A chaque particule on associe une anti-particule. Le proton du noyau atomique n’est pas une particule élémentaire: il est constitué de 3 quarks. Parmi les leptons, l’électron est le plus connu: c’est celui qui est présent dans la matière ordinaire (p. ex. un atome d’hydrogène est constitué d’un proton et d’un électron) . Chaque interaction est transportée par un quantum d’énergie: * l’interaction électro-magnétique (lumière, ondes radio, rayons X et gamma) par le photon * l’interaction faible (responsable des réactions nucléaires) par les bosons W et Z * l’interaction forte (qui assure la cohésion des quarks dans le proton) par les gluons. Le mécanisme de Higgs affecte toutes les particules et leur donne une masse. Le MS est capable de décrire un grand nombre de phénomènes, par exemple les phénomènes de la radioactivité. Toutefois il rencontre aussi plusieurs problèmes. Par exemple, le MS ne décrit pas la gravitation. Une de difficultés d’intégrer la gravitation au MS est sa faiblesse: il est difficile d’expliquer pourquoi la force gravitationnelle (de Newton) entre deux protons est négligeable par rapport à la force électrique (de Coulomb). La constante de la gravité de Newton, G Newton , est petite, comparée à celle de Coulomb. Le soleil "utilise" toutes les 4 interactions. Il est tenu ensemble par la gravité. La cohésion de ses noyaux est due à l’interaction forte. La génération d’énergie se fait par interaction faible et forte. Finalement, la lumière (interaction électromagnétique) transporte l’énergie vers la terre. autres dimensions G(nD) 3 D G Newton Une possible explication de la faiblesse de la gravitation postule l’existence de dimensions spatiales au-delà des 3 usuelles. La gravité est faible car elle se dilue dans toutes les dimensions, au contraire des autres interactions qui sont bornées à l’espace à 3 D. Un autre exemple de difficulté rencontrée par le MS: il assume une masse nulle pour les neutrinos. Or, expérimentalement cela n’est pas le cas: les neutrinos ont une masse très petite, mais non nulle. En conclusion, le MS est une théorie puissante mais incomplète. Les physiciens ont plusieurs idées pour améliorer la théorie: l’espace à n-dimensions (voir encadré), la “supersymétrie” prévoyant l’existence de nouvelles particules, etc.. Les expérimentateurs construisent des accélérateurs capables de produire des collisions très énergétiques en espérant produire ces nouveaux phénomènes. C’est le cas du Large Hadron Collider du CERN, avec ses collisions de faisceaux de protons. On appelle cela la recherche de la nouvelle physique.

Le modèle standard des particules, et au-delà… · 2016. 11. 3. · Le modèle standard des particules, et au-delà… Le modèle standard (MS) de la physique des particules est

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Le modèle standard des particules, et au-delà…

Le modèle standard (MS) de la physique des particules est la théorie qui résume nos connaissances actuelles sur les particules élémentaires et sur leurs interactions.

Les particules élémentaires sont les 6 quarks et les 6 leptons. A chaque particule on associe une anti-particule. Le proton du noyau atomique n’est pas une particule élémentaire: il est constitué de 3 quarks. Parmi les leptons, l’électron est le plus connu: c’est celui qui est présent dans la matière ordinaire (p. ex. un atome d’hydrogène est constitué d’un proton et d’un électron) .

Chaque interaction est transportée par un quantum d’énergie: * l’interaction électro-magnétique (lumière, ondes radio, rayons X et gamma) par le photon * l’interaction faible (responsable des réactions nucléaires) par les bosons W et Z * l’interaction forte (qui assure la cohésion des quarks dans le proton) par les gluons. Le mécanisme de Higgs affecte toutes les particules et leur donne une masse.

Le MS est capable de décrire un grand nombre de phénomènes, par exemple les phénomènes de la radioactivité. Toutefois il rencontre aussi plusieurs problèmes. Par exemple, le MS ne décrit pas la gravitation. Une de difficultés d’intégrer la gravitation au MS est sa faiblesse: il est difficile d’expliquer pourquoi la force gravitationnelle (de Newton) entre deux protons est négligeable par rapport à la force électrique (de Coulomb). La constante de la gravité de Newton, GNewton, est petite, comparée à celle de Coulomb.

Le soleil "utilise" toutes les 4 interactions.Il est tenu ensemble par la gravité. La cohésion de ses noyaux est due à l’interaction forte. La génération d’énergie se fait par interaction faible et forte. Finalement, la lumière (interaction électromagnétique) transporte l’énergie vers la terre.

autres dimensions

G(nD)

3 D

GNewton

Une possible explication de la faiblesse de la gravitation postule l’existence de dimensions spatiales au-delà des 3 usuelles. La gravité est faible car elle se dilue dans toutes les dimensions, au contraire des autres interactions qui sont bornées à l’espace à 3 D.

Un autre exemple de difficulté rencontrée par le MS: il assume une masse nulle pour les neutrinos. Or, expérimentalement cela n’est pas le cas: les neutrinos ont une masse très petite, mais non nulle. En conclusion, le MS est une théorie puissante mais incomplète.

Les physiciens ont plusieurs idées pour améliorer la théorie: l’espace à n-dimensions (voir encadré), la “supersymétrie” prévoyant l’existence de nouvelles particules, etc.. Les expérimentateurs construisent des accélérateurs capables de produire des collisions très énergétiques en espérant produire ces nouveaux phénomènes. C’est le cas du Large Hadron Collider du CERN, avec ses collisions de faisceaux de protons. On appelle cela la recherche de la nouvelle physique.