Particule (physique) - Définition

Schéma d’un atome d’hélium composé de deux protons, deux neutrons et deux électrons.

Une particule est un des composants élémentaires de la matière. La branche de la physique qui les étudie est la physique des particules.

Les particules subatomiques

La recherche moderne en physique des particules est concentrée sur les particules subatomiques qui sont plus petites que des atomes. Celles-ci incluent les constituants atomiques tels que les électrons, les protons, et les neutrons (les protons et les neutrons sont réellement des particules composées, constituées de quarks), de même que les particules produites par les phénomènes de rayonnement et de dispersion, tels que les photons, les neutrinos, et les muons.

À proprement parler, le terme de particule est inadéquat: les objets étudiés par la physique des particules obéissent aux principes de la mécanique quantique; en tant que telles, elles sont sujettes à la dualité onde-particule, montrant un comportement de particules dans certaines conditions expérimentales et celui d'ondes dans d'autres.

Théoriquement, elles ne sont décrites ni en tant que particules, ni en tant qu'ondes, mais comme vecteurs d'état dans un espace de Hilbert (cfr. théorie quantique des champs). Selon la convention utilisée par les physiciens des particules, nous emploierons le terme particules élémentaires pour nous référer à des objets tels que des électrons et des photons, en sachant que ces particules ont aussi des propriétés d'ondes.

Toutes les particules observées jusqu'à présent ont été cataloguées dans une théorie quantique des champs appelée modèle standard, qui est souvent considéré comme le plus grand accomplissement de la physiques des particules. Ce modèle contient 47 espèces des particules élémentaires, dont certaines peuvent se combiner pour former des particules composées, dont des centaines ont été découvertes depuis les années 1960.

Le modèle standard s'est avéré être conforme à presque tous les tests expérimentaux effectués jusqu'ici, cependant, la plupart des physiciens des particules pensent que c'est une description incomplète de la Nature et qu'une théorie plus fondamentale attend d'être découverte. En particulier, on attend encore un modèle incorporant à la fois, sans contradiction, la gravitation à l'échelle microscopique et le modèle standard.

La mise en service en 2007 du grand collisionneur de protons: LHC au CERN, devrait permettre de compléter la connaissance du modèle standard de la physique des particules et peut-être de révéler des extensions à celui-ci, mais il sera sans doute loin d'atteindre des énergies suffisantes pour clarifier les problèmes liés à la gravitation.

Les particules subatomiques et la philosophie

La physique des particules a eu un grand impact sur la philosophie des sciences. Les idées des réductionnistes qui motivèrent une grande partie du travail dans ce domaine ont été critiquées par divers philosophes et scientifiques.