INTERACTIONS (physique) Interaction électrofaible
La théorie électrofaible
La théorie moderne des interactions faibles, proposée en 1967 par Steven Weinberg et Abdus Salam, les décrit comme dues à l'échange de « bosons intermédiaires » appelés W+, W— et Z0 (fig.). Aux courants chargés du modèle de Fermi, cette théorie ajoute des « courants faibles neutres » aptes à créer une paire neutrino-antineutrino. En 1973, l'observation au Cern (Genève) de la diffusion élastique de neutrinos confirme cette prédiction. La découverte expérimentale des bosons W et Z0 dans les années 1980 est un argument décisif en faveur de la pertinence de cette théorie, comme le sont de multiples mesures de précision dans les désintégrations de certains hadrons. Les masses élevées des particules W et Z (presque cent fois supérieures à celle du proton) sont la cause de la faiblesse de la portée de l'interaction faible. L'idée de base de cette théorie est de considérer l'électron et le neutrino comme deux états d'un doublet d'« isospin faible ». L'idée physique sous-jacente est que ce qu'on appelle en un point de l'espace « neutrino » ou « électron » est arbitraire et que la mesure d'un effet d'interaction faible ne dépend pas d'une telle convention. Un tel principe de symétrie fonde ce qu'on appelle les théories de jauge locale. Le groupe mathématique qui correspond à une telle symétrie est le groupe SU(2).
Abdus Salam
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Diagramme de Feynman de l'interaction électrofaible
Encyclopædia Universalis France
Cette construction théorique permet d'unifier l'électromagnétisme et l'interaction faible en une seule théorie dite « électrofaible ». En termes mathématiques, cela signifie que la théorie unifiée admet un groupe de symétrie locale qui contient comme sous-groupe SU(2) et U(1). Le modèle de Weinberg et Salam choisit le groupe produit SU(2) × U(1). SU(2) et U(1) admettent pour « représentations » des particules médiatrices des forces : le triplet W+ W— W0 et le singlet B. Le photon (noté γ) est une superposition des deux éléments électriquement neutres, W0 et B, tandis que la superposition qui lui est « orthogonale » est appelée Z0, selon les équations de mélange : γ = B cos W + W0 sin W , Z0 = -B sin W + W0 cos W. Les mesures expérimentales montrent que l'angle de mélange W (appelé angle de Weinberg) est de 290 environ. De 1989 à 2000, l'analyse fine des caractéristiques des bosons Z0 produits au grand collisionneur électron-positon LEP du Cern permet de vérifier de nombreuses prédictions de la théorie électrofaible avec une grande précision. Reste à élucider précisément la subtile brisure de la symétrie de jauge, qui permet que les bosons W et Z0 soient massifs ; la théorie électrofaible suppose que le mécanisme à l'œuvre met en jeu un nouveau champ élémentaire (appelé Higgs, du nom du physicien écossais Peter Higgs) aux propriétés paradoxales. Si cette explication est la bonne, on doit pouvoir détecter l'élusif boson de Higgs, ce qui constitue un des principaux buts du collisionneur de protons LHC (Large Hadron Collider) qui est installé dans le tunnel du LEP.
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Écrit par
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )
Médias
Enrico Fermi
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Chen-Ning Yang et Tsung-Dao Lee
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Abdus Salam
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- CONJUGAISON DE CHARGE, physique
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- INTERACTION NUCLÉAIRE FAIBLE
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- UNIFICATION DES FORCES OU DES INTERACTIONS FONDAMENTALES
- INTERACTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE
- TRANSMUTATION, physique nucléaire
- DÉSINTÉGRATION, physique
- PHYSIQUE DES PARTICULES
- ÉLECTROFAIBLE THÉORIE
- HIGGS CHAMP DE
