PARTICULES ÉLÉMENTAIRESCaractères généraux

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.

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 [...]