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PARTICULES ÉLÉMENTAIRES Bosons

Particules au comportement grégaire, les bosons élémentaires sont les véhicules privilégiés des interactions fondamentales. Contrairement aux fermions, ils ont un moment angulaire intrinsèque (spin) nul ou multiple de la quantité h/2π. Le photon est l'archétype de cette famille. Photons, gluons et bosons faibles W et Z constituent la famille des bosons de jauge, dont le spin est égal à h/2π. Des bosons de spin nul – et en particulier le boson de Higgs – sont activement recherchés. Des objets composites – noyaux ou atomes – sont également des bosons, comme le souligne le comportement collectif de certains atomes ultra-froids dans un condensat de Bose-Einstein. Enfin, les quasi-particules de type bosonique sont un des concepts essentiels de la compréhension de la physique du solide.

Caractéristiques générales

Par définition, les bosons sont les particules, élémentaires ou composites, de moment angulaire intrinsèque (ou spin) nul ou multiple de la quantité h/2π, où h est la constante de Planck. Leur nom rappelle Satyendranath Bose (1894-1974), physicien indien qui a élaboré la théorie du comportement collectif de telles particules. Les bosons s'opposent aux fermions, dont le spin est un multiple impair de h/4π. Le spin d'une particule composite est relié à la somme des spins de ses participants par une relation qui implique qu'un composé de bosons et d'un nombre n de fermions identiques est un boson si n est pair, mais au contraire un fermion si n est impair. Les noyaux d'hélium ou les molécules d'hydrogène sont ainsi des bosons composites. Les ensembles de bosons obéissent à la loi statistique de Bose-Einstein qui quantifie la probabilité d'occupation d'un état d'énergie E à température T comme inversement proportionnelle au facteur exp(E /kT) — 1, où k est la constante de Boltzmann. Cette loi implique qu'à basse température, les états d'énergie minimale sont beaucoup plus peuplés que les autres. Les ensembles de bosons sont sujets, à très basse température, au phénomène appelé « condensation de Bose », qui favorise l'accumulation des particules dans un même état quantique.

— Bernard PIRE

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Écrit par

  • : professeur honoraire au Collège de France
  • : directeur de recherche au C.N.R.S., laboratoire de spectroscopie hertzienne, université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
  • : directeur de recherche au C.N.R.S., laboratoire de spectroscopie hertzienne, université de Paris-VI-Pierre-et Marie-Curie, maître de conférences à l'École polytechnique
  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Effet photo-électrique

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Paquet d'ondes à un photon incident

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Peter Higgs

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Autres références

  • ANDERSON CARL DAVID (1905-1991)

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 554 mots

    Le physicien américain Carl David Anderson est né à New York de parents suédois le 3 septembre 1905. Après des études au California Institute of Technology de Pasadena, il y fait toute sa carrière, jusqu'à sa retraite en 1978. Dans sa thèse de doctorat soutenue en 1930, sous la direction de Robert...

  • ANTIMATIÈRE

    • Écrit par Bernard PIRE, Jean-Marc RICHARD
    • 6 931 mots
    • 4 médias
    Les résultats établis historiquement d'abord pour l'électron sont en fait plus généraux.Chaque particule possède une antiparticule qui lui est associée. Elles ont les mêmes caractéristiques mécaniques, c'est-à-dire même masse et même moment cinétique intrinsèque, ou spin. Mais une particule et...
  • ASPECT ALAIN (1947- )

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 1 156 mots
    • 1 média
    Il choisit un sujet extrêmement risqué : éprouver les fondements de la mécanique quantique et éclairer le débat épistémologique entre Albert Einstein et Niels Bohr en étudiant le phénomène dit d’intrication d’une paire de particules.
  • ASTROPARTICULES

    • Écrit par Pierre BAREYRE
    • 2 125 mots
    • 1 média
    Les neutrinos (ν), produits en grande abondance par des processus divers à des énergies qui s'étendent de 10—5 à 1015 électronvolts, peuplent l'Univers à raison d'environ 300 par centimètre cube. Sont-ils massifs ? Les mesures directes de leur masse, très difficiles, donnent des limites...
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Voir aussi