INTERACTIONS (physique)Unification des forces
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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 nucléaires faible et forte − sont à l'origine de tous les mouvements des corps matériels, mais aussi de leurs liaisons et de leur évolution, est un des plus solides acquis de la science moderne. La mise à l'épreuve expérimentale de ces théories n'est pas achevée mais les indications issues de la physique des particules élémentaires plaident de façon convaincante en faveur de la pertinence de cette démarche.
L'unification newtonienne
C'est vers 1680 qu'Isaac Newton affirme que la pesanteur et le mouvement des planètes sont deux manifestations d'une unique force. Cette unification de la gravité terrestre et de la gravité céleste dépasse la simple reconnaissance que les lois de la physique s'appliquent aussi bien à notre monde sublunaire qu'au reste de l'Univers, comme Galilée l'avait démontré en expliquant la formation des ombres sur la Lune, première vérification expérimentale de ce qu'on appelle maintenant principe de symétrie galiléenne. La reconnaissance de l'attraction universelle des corps massifs et sa description en termes mathématiques par une équation, mettant en jeu la constante de gravitation G, ouvre la voie à la physique moderne. Un siècle plus tard, Lagrange réécrit la dynamique newtonienne en s'appuyant sur la notion de potentiel gravitationnel. Ce cadre mathématique permettra aux physiciens du xixe siècle de décrire dans un même cadre théorique la gravitation et les multiples phénomènes liés à la propagation et aux propriétés des corps chargés et des rayonnements.
Isaac Newton
Photographie
La contribution d'Isaac Newton (1643-1727) à l'exploration du système solaire ne se limite pas à ses travaux sur la théorie de la gravitation. Ses recherches en optique ont eu également de nombreuses suites. En 1666, il découvre que la lumière du Soleil qui traverse un prisme de verre se...
Crédits : Hulton Archive/ Getty Images
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Écrit par :
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
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INTERACTIONS (physique) - Vue d'ensemble
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
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
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
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) - Interaction nucléaire forte
L'interaction nucléaire forte, longtemps inaccessible, est responsable de la cohésion des divers noyaux atomiques. Sa compréhension a nécessité l'usage d'accélérateurs de particules, seuls outils capables de sonder la matière jusqu'à l'échelle où elle joue un rôle dominant. Sa description actuelle se fonde sur la théorie quantique des champs de quarks et de gluons […] Lire la suite
BANDES D'ÉNERGIE THÉORIE DES
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
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
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
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
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
COMPTON EFFET
Les rayonnements électromagnétiques de haute énergie (rayons X et γ) interagissent avec la matière selon trois processus : effet photoélectrique ; création de paires électrons-positrons ; enfin, diffusion élastique des photons sur des électrons libres ou peu liés, appelée effet Compton. Celui-ci est dû à l'interaction d'un rayon X ou d'un rayon γ avec un électron. Il s'interprète par la réaction […] Lire la suite
COSMOLOGIE
Dans le chapitre « Le rayonnement » : […] L'omniprésence du rayonnement est riche en conséquences. En effet, les photons du rayonnement interagissent avec les particules de matière. La matière ordinaire est essentiellement formée de protons et de neutrons d'une part (qui composent par exemple les noyaux des atomes) et d'électrons d'autre part. Dans les conditions ordinaires, les électrons sont liés aux noyaux pour former des atomes élect […] Lire la suite
EFIMOV VITALY (1938- )
Physicien russe, Vitaly N. Efimov est né en 1938 à Leningrad (aujourd’hui Saint-Pétersbourg). Après sa thèse soutenue en 1966 à l’institut physico-technique Ioffe de cette ville, Efimov a publié en décembre 1970 un court article de deux pages intitulé « Niveaux d’énergie dus aux forces résonantes à deux corps dans un système à trois corps » dans la revue européenne Physics Letters . Il y démontr […] Lire la suite
FORMULATION DE LA THÉORIE ÉLECTROFAIBLE
En 1967, Steven Weinberg et Abdus Salam parviennent de façon indépendante à unifier en une seule théorie l'électromagnétisme et l'interaction nucléaire faible. Dans une remarquable synthèse de nombreux travaux théoriques antérieurs (en particulier ceux de Sheldon Glashow), Weinberg et Salam proposent que ces deux forces soient issues d'une même interaction électrofaible dont le vecteur est un trip […] Lire la suite
GELL-MANN MURRAY (1929-2019)
Le physicien théoricien américain Murray Gell-Mann est né à New York le 15 septembre 1929. D’abord professeur assistant à l'université de Chicago à partir de 1952, il rejoint en 1955 le California Institute of Technology (Caltech) à Pasadena. Il y est nommé professeur de physique théorique en 1967. Lauréat du prix Nobel de physique en 1969, Gell-Mann est à l'origine des idées les plus fécondes de […] Lire la suite
GRENATS
Dans le chapitre « Structure cristalline » : […] C'est la structure cristalline qui détermine la nature des interactions magnétiques. La structure grenat se classe dans l'holoèdre du système cubique appartenant au groupe d'espace I à 3d-O h 10 . Chaque cellule unité contient huit unités de formule A 3 B 2 C 3 O 12 . Les atomes métalliques (cations) A, B et C se trouvent dans des sites cristallographiques bien définis, entourés respectivement de […] Lire la suite
HAROCHE SERGE (1944- )
Né le 11 septembre 1944 à Casablanca, Serge Haroche intègre en 1963 l'École normale supérieure (E.N.S.), où il passe l'agrégation de physique et un doctorat de troisième cycle. Entré au C.N.R.S., il soutient, en 1971, un doctorat d'État préparé sous la direction de Claude Cohen-Tannoudji. Il est nommé professeur à l'université Pierre-et-Marie-Curie en 1975. Il occupe la chaire de physique quantiq […] Lire la suite
HEISENBERG WERNER KARL (1901-1976)
Dans le chapitre « 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 do […] Lire la suite
HYPERSONS
Dans le chapitre « Interactions » : […] À côté de l'interaction phonon acoustique-phonon thermique responsable de l'atténuation des hypersons, de nombreux autres effets d'interactions peuvent exister : l'effet des dislocations, la diffraction par les défauts cristallins, les effets thermo-élastique, acousto-électrique dans les milieux semi-conducteurs, magnéto-élastique dans les milieux ferromagnétiques. Sont également possibles des i […] Lire la suite
Voir aussi
- ATTRACTION UNIVERSELLE
- CHAMP ÉLECTROMAGNÉTIQUE
- THÉORIE QUANTIQUE DES CHAMPS
- ÉLECTRODYNAMIQUE QUANTIQUE
- THÉORIE ÉLECTROFAIBLE
- FORCE physique
- THÉORIE DE LA GRANDE UNIFICATION
- GRAVITATION
- GRAVITÉ
- INTERACTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE
- INTERACTION NUCLÉAIRE FAIBLE
- INTERACTION NUCLÉAIRE FORTE
- INVARIANCE physique
- INVARIANCE DE JAUGE
- MODÈLE STANDARD physique
- ONDE ou RAYONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE
- PESANTEUR
- PHOTON
- PHYSIQUE DES PARTICULES
- MÉCANIQUE QUANTIQUE
- QUARKS
Pour citer l’article
Bernard PIRE, « INTERACTIONS (physique) - Unification des forces », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 06 juin 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-unification-des-forces/