Né au xixe siècle, le concept de champ en physique s'est révélé plus adéquat pour définir les interactions fondamentales que celui de force exploité par la physique newtonienne. Les phénomènes électromagnétiques ont ainsi pu être décrits comme découlant de l'action d'un champ produit par une source avant de se propager jusqu'à un objet susceptible d'en être affecté, dans son mouvement ou sa structure par exemple. L'avènement de la physique moderne a permis de comprendre que la propagation de ce champ n'était jamais instantanée, toute vitesse étant limitée par la célérité de la lumière. De plus, l'étude des phénomènes atomiques a montré que les échanges d'énergie n'étaient possibles que par multiples de quantités élémentaires ; il fallait donc quantifier ce champ et l'écrire comme une superposition d'excitations élémentaires – les photons – ayant toutes les propriétés des particules. Réciproquement, les particules élémentaires, telles que l'électron, devenaient les quanta d'un champ de matière dont les manifestations à l'échelle macroscopique sont fort différentes du champ de rayonnement, bien que sa nature profonde lui soit très semblable. Cette théorie quantique des champs – synthèse des concepts relativistes et quantiques – s'est développée tout au long du xxe siècle jusqu'à devenir le cadre de la compréhension des interactions nucléaires et de leur possible unification à l'électromagnétisme. Ses remarquables succès qualitatifs et quantitatifs dans la description du rayonnement électromagnétique, de l'atome, du noyau atomique et des particules élémentaires en font un des meilleurs exemples de la pertinence de la description mathématique des phénomènes physiques. L'adéquation de sa formulation mathématique avec les outils issus de la théorie des groupes a permis d'exploiter les propriétés de symétrie manifestes ou cachées des systèmes physiques. Parmi celles-ci, les symétries abstraites déduites de l'invariance de jauge présumée des interactions nucléaires se sont […]
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