PARTICULES ÉLÉMENTAIRESCaractères généraux

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Le cadre théorique : le modèle standard des particules

La physique au niveau des particules élémentaires s'exprime dans le cadre de la théorie quantique des champs. C'est le formalisme auquel on est conduit, combinant les idées clés de la mécanique quantique, de la relativité et de la causalité. Chaque particule – qu'il s'agisse des fermions de spin 1/2 (quarks et leptons) ou des bosons vectoriels associés aux forces fondamentales – est décrite par un champ quantique défini en chaque point de l'espace (x, y, z)-temps (t). Les interactions correspondent à des couplages entre champs au même point.

Ce formalisme conduit automatiquement à la notion d'antiparticule, des entités dont l'existence s'impose aussi bien théoriquement qu'expérimentalement, et qui sont aussi matérielles que les particules elles-mêmes. Cependant, la faculté d'annihilation d'une particule avec son antiparticule, annihilation libérant éventuellement une énergie considérable par transformation des masses de chacune, rend fort difficile de conserver ces antiparticules.

Les lois de conservation

Pour chaque particule (quark ou lepton), on a ainsi une antiparticule de même masse et de même spin, mais ayant des propriétés internes (charge, saveur, couleur) opposées. Au niveau des interactions connues, il y a conservation du nombre global de quarks diminué du nombre d'antiquarks. La transformation de l'énergie en matière ou de la matière en énergie correspond à la production ou à l'annihilation de paires particule-antiparticule. Par exemple, un électron et un positon (l'antiparticule de l'électron) s'annihilent en photons ou sont simultanément créés par la collision de deux photons. Si un quark et un antiquark s'annihilent, cela donne un W ou un Z dont la désintégration peut elle-même engendrer une paire de quark-antiquark ou de lepton-antilepton.

Dans chaque processus fondamental, Richard Feynman a proposé de représenter l'expression mathématique de l'amplitude de probabilité d'une réaction par de petits dessins (fig. 2). Ces diagrammes de Feynman représentent une s [...]

Modes d'interaction des quarks et des leptons

Dessin : Modes d'interaction des quarks et des leptons

Dessin

Les différents modes d'interaction au niveau des quarks et des leptons. L'interaction électromagnétique est due à l'échange de photons (en a). L'interaction faible avec changement de saveur et de charge est due à l'échange d'un boson W ; sans changement de saveur ni de charge, elle est due... 

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Énergie nucléaire

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Modes d'interaction des quarks et des leptons

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Écrit par :

  • : physicien au Cern, Genève, membre de l'Académie des sciences de Suède, correspondant de l'Académie des sciences de France
  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Maurice JACOB, Bernard PIRE, « PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Caractères généraux », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 30 juillet 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-caracteres-generaux/