PARTICULES ÉLÉMENTAIRES Bosons

Autres bosons

Les physiciens théoriciens envisagent l'existence d'autres bosons élémentaires, mais aucune trace de leur réalité n'est encore apparue expérimentalement. Parmi ceux-ci, on distingue d'une part les bosons de jauge qui auraient un rôle semblable au photon et aux gluons et, d'autre part, des bosons dont la raison d'être serait la brisure dynamique de certaines symétries. Parmi les bosons de jauge, le graviton est l'hypothétique particule élémentaire médiatrice de l'interaction gravitationnelle si on applique à cette force la description en termes de champs quantiques qui semble adéquate aux autres interactions fondamentales. De masse nulle, neutre électriquement, cette particule serait l'équivalent du photon dans une théorie de la gravitation quantique. Son échange entre deux particules massives exprimerait l'attraction gravitationnelle. Les propriétés de la gravitation impliquent que le graviton soit une particule tensorielle, c'est-à-dire qu'il ait un moment angulaire intrinsèque (ou spin) égal à h/π, soit le double de celui du photon. La détection d'un graviton est un défi à l'imagination.

Si, comme le succès de la description actuelle des interactions nucléaires semble l'indiquer, le principe d'invariance de jauge permet une représentation correcte de la réalité, il est possible que le groupe mathématique décrivant cette symétrie fondamentale soit différent de celui qui est utilisé dans la théorie actuelle. Si c'est le cas, il existe d'autres bosons de jauge, dont les masses sont sans doute plus élevées que celles des bosons connus, puisque aucune expérience ne les a encore révélés. La recherche de telles particules nécessite donc la mise en service de nouveaux accélérateurs ou une amélioration considérable de la précision de certaines mesures qui permettraient de déceler des effets quantiques caractéristiques de leur existence. Un exemple typique de cette dernière méthode est la mesure extrêmement précise de la durée de vie du proton, signe de l'existence éventuelle de « leptoquarks », bosons hypothétiques proposés par certains théoriciens en vue d'unifier le monde des leptons et des quarks. Le fait de ne pas avoir observé la désintégration du proton en un méson et un positron (par exemple) ne permet l'existence d'un tel boson que si sa masse est énorme.

Le boson de Higgs.

Lefait que les bosons W et Z n'aient pas une masse nulle est la manifestation d'une brisure de la symétrie de jauge sous-jacente. Dans la description communément admise des interactions nucléaires, on attribue cette brisure à l'existence d'un nouveau champ fondamental – le champ de Higgs – qui remplirait uniformément le « vide » (rappelons qu'en physique, on définit le vide comme l'état d'énergie minimale et non pas comme le néant). Le nom de ce champ fait référence à Peter Higgs, un des théoriciens ayant proposé ce mécanisme de brisure de symétrie qui introduit une « direction » privilégiée dans l'ensemble des directions jusque-là équivalentes dans un espace abstrait. Ce champ de Higgs n'est pas directement observable, il constitue plutôt une gigantesque et omniprésente toile de fond de l'Univers. Le « mécanisme de Higgs » consiste à faire de cette toile de fond la cause de l'inertie des particules W et Z qui acquièrent une masse considérable à cause de leurs interactions avec elle. Cependant, certaines composantes du champ de Higgs deviennent des particules détectables d'un type nouveau : ce sont les « bosons de Higgs ».

Si la première conséquence du mécanisme de Higgs est que les masses des bosons W et Z ne sont pas nulles, ce résultat s'applique aussi aux autres objets à partir desquels est construite la matière : électrons, quarks[...]

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Écrit par

  • Claude COHEN-TANNOUDJI : professeur honoraire au Collège de France
  • Jacques DUPONT-ROC : directeur de recherche au C.N.R.S., laboratoire de spectroscopie hertzienne, université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
  • Gilbert GRYNBERG : 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
  • Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

Classification

Pour citer cet article

Claude COHEN-TANNOUDJI, Jacques DUPONT-ROC, Gilbert GRYNBERG, Bernard PIRE, « PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Bosons », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :

Médias

Effet photo-électrique

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Schéma de principe de l'effet photoélectrique. L'atome est porté du niveau fondamental a vers un…

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Peter Higgs

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Le physicien britannique Peter Higgs, en 2008, sous l'énorme détecteur de particules Atlas qui…

Autres références

  • ANDERSON CARL DAVID (1905-1991)

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 488 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...

  • ANTIMATIÈRE

    • Écrit par Bernard PIRE, Jean-Marc RICHARD
    • 6 099 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
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    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.
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    • Écrit par José LEITE LOPES
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    • 13 médias
    ...de substance primordiale et d'atome indivisible héritées des philosophes grecs (tabl. 4). Avant la découverte de la structure électronique des atomes, les particules fondamentales dont seraient faites toutes les choses étaient les atomes des éléments figurant dans la classification périodique. La découverte...
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