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Particule élémentaire

Introduction

On appelle particules élémentaires les constituants fondamentaux de l'univers décrits par le modèle standard de la physique des particules. Ces particules subatomiques sont dites « élémentaires » en ce qu'elles ne résultent pas de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) d'autres particules plus « petites ». Un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement...) n'est pas une particule élémentaire car il est constitué d'électrons, de protons et de neutrons. Ces deux derniers, appelés du terme générique nucléons car formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque...) le noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de neutrons (les nucléons). La taille du noyau (10-15 m) est considérablement plus petite que celle de...), ne sont pas non plus élémentaires car ils sont constitués de quarks. En revanche, électrons et quarks sont des particules élémentaires car ils ne sont constitués d'aucune autre particule.

On distingue les particules élémentaires qui ont un spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa masse et sa charge électrique. Comme la majorité des...) demi-entier et obéissent à la statistique de Fermi-Dirac (En mécanique quantique, la statistique de Fermi-Dirac désigne la distribution statistique de fermions indiscernables (tous similaires) sur les états d'énergie...) et au principe d'exclusion de Pauli, et celles qui ont un spin entier et obéissent à la statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de...) de Bose-Einstein : les premières sont appelées fermions et constituent la matière baryonique, les secondes sont appelées bosons et constituent les champs de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) — on parle plutôt d'interactions — hormis la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), qu'on n'a pas encore réussi à intégrer au modèle.

Les douze fermions décrits par le modèle standard sont classés en trois générations, c'est-à-dire en trois quadruplets de particules dont les termes correspondants sont de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre...) croissante d'une génération à la suivante. Seuls les fermions de la première génération (dont la masse est la plus faible) sont couramment observés et constituent la matière que nous connaissons ; les huit autres fermions ne s'observent que dans des conditions particulièrement énergétiques qui ne se rencontrent pas dans notre environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels,...) usuel.

  Leptons Quarks
Charge électrique 0 –1 e +2/3 e –1/3 e
Fermions de
1ère génération
 
νe
e
u
d
Fermions de
2ème génération
 
νµ
µ
c
s
Fermions de
3ème génération
 
ντ
τ
t
b
 
Interactions Faible Électro-
magnétique
Forte
Bosons de jauge   Z0
W±
γ
g
Particules élémentaires du modèle standard

Le modèle standard

Les premiers pas dans l'élaboration du modèle standard des particules élémentaires ont été faits en 1960 par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les...) américain Sheldon Glashow (Pr. Sheldon Lee Glashow, Ph. D., Hon. D. Sc. (né le 5 décembre 1932, New York) est un physicien états-unien, reconnu principalement pour ses importantes contributions...), prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du chimiste Alfred...) 1979, avec l'unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que d'autres systèmes de logique et est sans doute ce qui distingue le plus Prolog des autres...) de l'interaction électromagnétique et de l'interaction faible en une interaction électrofaible au-dessus d'une énergie d'unification de l'ordre de 100 GeV. Puis, en 1967, l'Américain Steven Weinberg (Steven Weinberg, Ph.D., Hon. D. Sc. est un physicien américain né le 3 mai 1933 à New York. Il est le principal instigateur, avec Abdus Salam, de la...) et le Pakistanais Abdus Salam ont intégré le mécanisme de Higgs (théorisé en 1964 par Peter Higgs) au modèle élaboré par Glashow pour lui donner sa forme actuelle, qui rend compte de la masse des particules ; ils ont reçu pour cela le prix Nobel de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) 1979, en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) que Glashow. Enfin, le modèle standard a été finalisé par l'unification de la chromodynamique quantique (La chromodynamique quantique, acronyme QCD de l'anglais Quantum ChromoDynamics, est une théorie physique qui décrit l’interaction forte, l’une des forces fondamentales....) avec l'interaction électrofaible, afin d'y intégrer l'interaction forte rendant compte notamment de la liberté asymptotique ainsi que du confinement de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) des quarks en hadrons dont la charge de couleur (En physique des particules , la charge de couleur est une propriété des quarks et des gluons qui ont leur propre interaction forte dans le contexte de la chromodynamique quantique. Il y a une analogie avec la...) résultante est toujours « blanche » (d'où le qualificatif chromodynamique appliqué à cette théorie quantique des champs).

D'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) mathématique, les théories quantiques des champs ont été formalisées dans le cadre de théories de jauge à l'aide de groupes de symétrie locale prenant la forme de groupes de Lie complexes sous-tendant chacun les symétries de jauge modélisées. Ainsi :

  • l'électrodynamique quantique a permis de décrire l'électromagnétisme dans le cadre d'une théorie de jauge abélienne avec le groupe unitaire U(1),
  • l'interaction faible a été décrite avec le groupe spécial unitaire SU(2),
  • l'interaction électrofaible l'a été avec le groupe de jauge SU(2)×U(1)
  • la chromodynamique quantique (interaction forte) l'a été avec le groupe SU(3)
  • enfin, le modèle standard a été élaboré avec le groupe de jauge SU(3)×SU(2)×U(1).
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0. Vous pouvez soumettre une modification à cette définition sur cette page.

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