INTERACTIONS (physique)Interaction nucléaire forte

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Les quarks

À la fin des années 1960, les interactions fortes semblent défier la théorie quantique des champs, alors que ce cadre théorique issu des révolutions relativiste et quantique décrit avec une précision stupéfiante les processus électromagnétiques. La structure des noyaux atomiques, leurs déformations, leurs fusions ou leurs fissions échappent aux prédictions de ce formalisme. On n'arrive même pas à rendre compte des mesures obtenues lors des collisions de protons. Les physiciens sont décontenancés par la multiplication des particules découvertes dans l'analyse des clichés de chambre à bulles. L'étude patiente de ces dizaines de « hadrons » permet cependant aux théoriciens de découvrir au début des années 1960 la trace d'un ordre caché : nucléons et mésons semblent être des états composites, faits de quarks et d'antiquarks, selon le terme inventé par Murray Gell-Mann pour désigner ce qu'on n'ose pas encore appeler « particules élémentaires ».

Murray Gell-Mann

Photographie : Murray Gell-Mann

Photographie

Le physicien théoricien américain Murray Gell-Mann, photographié ici en 1983. Il reçut le prix Nobel de physique en 1969 pour avoir proposé la théorie des quarks. 

Crédits : Kevin Fleming/ Corbis/ Getty Images

Afficher

Deux découvertes fondamentales font alors progresser de façon spectaculaire la compréhension des interactions fortes. L'expérience menée au nouvel accélérateur linéaire à électrons de Stanford en Californie (S.L.A.C., Stanford Linear Accelerator of California), en 1967-1968, permet de démontrer la présence de structures ponctuelles chargées à l'intérieur du proton. La mesure de la probabilité qu'un électron soit violemment dévié lors de sa collision avec un noyau de la cible d'hydrogène renouvelle l'expérience qui avait permis à Ernest Rutherford de découvrir le noyau atomique. Le proton, à son tour, n'apparaît plus comme un objet diffus mais bien comme constitué de quarks. De plus, le bilan d'énergie montre la présence de particules électriquement neutres, qu'on appellera gluons. Par ailleurs, en novembre 1974, on identifie un nouveau méson (noté ψ) aux propriétés surprenantes : sa grande masse (plus de trois fois celle du proton) et sa relative longue durée de vie montrent une étonnante diminution de l'intensité des interactions fortes responsables de sa désintégration [...]

Diagramme de Feynman de l'interaction nucléaire forte

Dessin : Diagramme de Feynman de l'interaction nucléaire forte

Dessin

L'interaction nucléaire forte est due à l'échange de gluons entre quarks ou entre gluons, comme le montrent ces diagrammes de Feynman élémentaires. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 4 pages

Médias de l’article

Yukawa Hideki

Yukawa Hideki
Crédits : Keystone/ Getty Images

photographie

Murray Gell-Mann

Murray Gell-Mann
Crédits : Kevin Fleming/ Corbis/ Getty Images

photographie

Diagramme de Feynman de l'interaction nucléaire forte

Diagramme de Feynman de l'interaction nucléaire forte
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

S.L.A.C.

S.L.A.C.
Crédits : Stanford Linear Accelerator Center

photographie

Afficher les 5 médias de l'article


Écrit par :

  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

Classification

Autres références

«  INTERACTIONS, physique  » est également traité dans :

INTERACTIONS (physique) - Vue d'ensemble

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 1 848 mots

La physique moderne considère que l'ensemble des phénomènes physiques s'expliquent par l'action de quatre interactions fondamentales : d'une part, la gravitation et l'électromagnétisme, qui ont une portée infinie et dont la description classique est souvent suffisante ; d'autre part, les interactions nucléaires fortes et faibles, qui ne s'expriment qu'à très courte distance et dont la description […] Lire la suite

INTERACTIONS (physique) - Interaction gravitationnelle

  • Écrit par 
  • Alain KARASIEWICZ, 
  • Marie-Antoinette TONNELAT
  •  • 1 962 mots
  •  • 2 médias

La gravitation est responsable de phénomènes aussi différents que la pesanteur ressentie par tout un chacun, le mouvement des planètes ou l'expansion de l'Univers. Cette force de gravitation est extrêmement faible entre particules élémentaires, mais ses effets deviennent impor […] Lire la suite

INTERACTIONS (physique) - Électromagnétisme

  • Écrit par 
  • Bernard DIU
  •  • 4 620 mots
  •  • 7 médias

Notre vie quotidienne est certes assujettie à la pesanteur, dont tiennent obligatoirement compte tous nos gestes et nos réflexes, mais c'est l'électromagnétisme qui régit en réalité notre existence : tous les phénomènes qui nous entourent et nous construisent, depuis la lumière du […] Lire la suite

INTERACTIONS (physique) - Interaction électrofaible

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 2 109 mots
  •  • 4 médias

La première manifestation de l'interaction nucléaire faible qu'on a observée est la désintégration β de certains noyaux atomiques. Cette transmutation d'un élément vers un autre provient de la transformation d'un neutron en un proton avec émission d'un électron et d'un antineutrino. La […] Lire la suite

INTERACTIONS (physique) - Unification des forces

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 1 612 mots
  •  • 3 médias

L'ambition des scientifiques a toujours été de décrire des phénomènes variés comme des manifestations diverses de quelques processus fondamentaux. En physique, cette démarche a été couronnée de spectaculaires succès ; la reconnaissance du fait qu'un petit nombre d'interactions fondamentales − la gravitation, l'électromagnétisme, les interactions nu […] Lire la suite

BANDES D'ÉNERGIE THÉORIE DES

  • Écrit par 
  • Daniel CALÉCKI
  •  • 949 mots

Dans un atome isolé, les électrons se répartissent, en obéissant au principe de Pauli, entre des niveaux d'énergie bien déterminés, pratiquement sans largeur. Quand on rapproche par la pensée N atomes (avec N  ∼ 10 23 ) pour construire un solide et qu'on oublie l'interaction entre les atomes, on est en droit de dire que chaque niveau atomique d'énergie ε i donne naissance à N niveaux équivalents […] Lire la suite

CHAMP, physique

  • Écrit par 
  • Viorel SERGIESCO
  •  • 847 mots

Entité décrite par l'ensemble des valeurs d'une grandeur physique, en général à plusieurs composantes, en tous les points de l'espace. D'ordinaire, le champ dépend aussi du temps (évolution du champ). On appelle couramment « champ en un point et au temps t  » la valeur de la grandeur prise en un point et un instant déterminés. On peut classer les champs d'après leur nature physique : champ thermiq […] Lire la suite

CHAMPS THÉORIE DES

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 4 478 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Calculs perturbatifs et diagrammes de Feynman »  : […] La méthode de calcul des observables physiques qui s'est révélée la plus féconde en théorie quantique des champs est fondée sur la théorie mathématique des développements en série. L'idée est de raffiner un résultat par des approximations successives : on considère d'abord que les champs présents dans la réaction étudiée sont libres et que leurs interactions se réduisent à l'échange d'un seul qua […] Lire la suite

CHROMODYNAMIQUE QUANTIQUE

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 115 mots
  •  • 1 média

Construite sur le modèle de l'électrodynamique, la théorie de la chromodynamique quantique explique l'interaction nucléaire forte responsable de la cohésion des noyaux atomiques. Fondée sur un principe abstrait de symétrie, dite de jauge, elle repose sur l'existence d'une charge dite de « couleur » portée par les quarks présents dans les protons et les neutrons. Des gluons de masse nulle, porteurs […] Lire la suite

CINÉTIQUE DES FLUIDES THÉORIE

  • Écrit par 
  • Jean-Loup DELCROIX
  •  • 10 017 mots
  •  • 15 médias

Dans le chapitre « Potentiels d'interaction »  : […] Pour pouvoir analyser les phénomènes de collision élastique dans un fluide dilué, il faut donc connaître la loi d'interaction ϕ( r ), et l'on considère alors divers cas selon la nature du fluide observé : – Dans un plasma complètement ionisé, toutes les particules ont une charge électrique, et l'énergie potentielle d'interaction entre une particule de charge Z 1 e et une particule de charge Z 2 e […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Bernard PIRE, « INTERACTIONS (physique) - Interaction nucléaire forte », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 23 janvier 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-interaction-nucleaire-forte/