4. Théorie quantique des champs
Dès 1927, Paul Dirac avait étendu hardiment la portée de l'algèbre quantique à des systèmes d'un nombre indéfini d'éléments, tels que les quanta de rayonnements électromagnétiques qui peuvent être créés ou annihilés dans les processus d'émission ou d'absorption. En outre, il avait découvert une formulation relativiste de la mécanique quantique des particules (telles que les électrons) qui sont douées d'un « spin » intrinsèque : dans la forme ondulatoire de cette théorie, une distribution de charge et de courant électrique apparaissait comme un champ d'une autre espèce que le champ électromagnétique, et obéissant à des lois de quantification différentes. Sur ces bases, Heisenberg et Pauli, à partir de 1929, développèrent une théorie quantique relativiste des champs, englobant en toute généralité le champ électromagnétique et le champ de charges et courants en interaction avec lui. Plus tard, sous l'impulsion de Hideki Yukawa (1935), le champ mésique, responsable des forces nucléaires, fut soumis à la même analyse, et la réalité de son aspect particulaire fut confirmée par la découverte dans le rayonnement cosmique (1947) de mésons possédant les caractéristiques prévues : masse intermédiaire entre celle de l'électron et du nucléon et absence de spin intrinsèque. Ainsi se révélait le caractère universel de la complémentarité entre champ et particule : à chaque espèce de champ de force est associée une espèce déterminée de particule, et réciproquement, chaque espèce de particule est susceptible, sous sa forme ondulatoire, de transmettre une interaction spécifique entre constituants d'une autre espèce.
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