PARTICULES ÉLÉMENTAIRESFermions
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Un fermion (ainsi nommé d'après Enrico Fermi, physicien italien qui a élaboré la théorie du comportement collectif de telles particules) est une particule, élémentaire ou composite, de moment angulaire intrinsèque (ou spin) multiple impair de h/4đ, où h est la constante de Planck. Les ensembles de telles particules obéissent à la loi statistique de Fermi-Dirac qui dispose que la probabilité d'occupation d'un état d'énergie E à température T est inversement proportionnelle au facteur exp (E/kT) + 1, où k est la constante de Boltzmann. Les fermions obéissent à la règle d'exclusion de Pauli selon laquelle un état donné ne peut être occupé par plus d'une particule. Cette règle appliquée aux électrons d'un atome explique la classification périodique des éléments. Les électrons, les quarks et les neutrinos sont des fermions élémentaires, ce sont eux dont nous traiterons ici. Les protons, les neutrons et les noyaux atomiques de nombre atomique impair sont des fermions composés (cf. les articles correspondants).
Électron
L'électron est une particule élémentaire stable. Il possède une charge électrique négative, une très petite masse (près de 2 000 fois plus petite que celle de l'atome le plus léger : l'hydrogène), et un moment angulaire propre appelé spin, auquel est lié un moment magnétique intrinsèque. L'électron est soumis à la gravitation, ainsi qu'à la force électrofaible. En fait, c'est la partie proprement électromagnétique de cette dernière qui fait que cette particule est indispensable en chimie, en électricité, en électronique et dans la grande majorité des processus qui se trouvent à la base des techniques industrielles. En revanche, il n'est pas sensible à l'interaction nucléaire forte, ou chromodynamique, qui est notamment responsable de la cohésion des noyaux des atomes.
L'électron ne peut être correctement décrit que dans le cadre quantique, où, malgré ses propriétés variées, on le représente par u [...]
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Écrit par :
- Bernard PIRE : directeur de recherche au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
- Jean-Eudes AUGUSTIN : directeur de recherche au C.N.R.S.
- Michel PATY : directeur de recherche au C.N.R.S.
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PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Caractères généraux
Les physiciens poursuivent l'étude de la structure de la matière dans le but de trouver plus d'unité et de simplicité dans un monde qui nous frappe par sa diversité et son apparente complexité. N'est-il pas remarquable de pouvoir ramener la variété quasi infinie des objets qui nous entourent aux multiples constructions d […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-caracteres-generaux/
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Accélérateurs de particules
Les modèles et théories qui synthétisent notre compréhension actuelle de la matière et de ses constituants élémentaires – molécules, atomes, particules – ont été confrontés à une multitude d'observations expérimentales. Pour réaliser ces expériences, c'est-à-dire observer l'infiniment petit, on utilise des sondes appropriées capables de pénétrer la matière et d'interagir avec sa structure ultime ; […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-accelerateurs-de-particules/
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Détecteurs de particules
L'histoire de la physique subatomique est intimement liée à l'évolution des détecteurs de particules. Ces appareils furent souvent inventés pour répondre à des exigences précises de la physique. Ils furent aussi, parfois, le fruit des retombées du progrès de la technologie. Les deux classes de phénomènes qu'ils permettent d'étudier sont les interactions des particules entre elles et leurs désintég […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-detecteurs-de-particules/
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 jau […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-bosons/
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Hadrons
La famille des hadrons rassemble les nombreuses particules sensibles à l'interaction nucléaire forte, cette force extraordinairement intense qui assure la cohésion du noyau en confinant les nucléons – protons et neutrons – dans un tout petit volume, malgré la répulsion électrostatique entre les protons. On a longtemps considéré les hadrons comme des particules élémentaires mais on comprend depuis […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-hadrons/
ANDERSON CARL DAVID (1905-1991)
Carl David Anderson naquit à New York de parents suédois le 3 septembre 1905. Après des études au California Institute of Technology de Pasadena (Calif.), il y fit toute sa carrière, jusqu'à sa retraite en 1978. Dans sa thèse de doctorat soutenue en 1930, sous la direction de Robert Millikan – célèbre pour la mesure de la constante de Planck et la détermination de la valeur de la charge de l'élect […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/carl-david-anderson/#i_3316
ANTIMATIÈRE
Dans le chapitre « Théorie des antiparticules » : […] À l'époque des premières spéculations sur les antiparticules, la matière pouvait être décomposée en trois constituants primordiaux : l' électron, le proton et le neutron, dont on soupçonnait l'existence et que l'on s'apprêtait à découvrir. Toutes les expériences d'électricité confirment une parfaite symétrie entre les charges positives et les charges négatives. Par exemple, deux charges positives […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/antimatiere/#i_3316
ASTROPARTICULES
Dans le chapitre « L'astronomie des neutrinos » : […] Les neutrinos (ν), produits en grande abondance par des processus divers à des énergies qui s'étendent de 10 —5 à 10 15 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 supérieures, mais plusieurs expériences ont fourni des in […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/astroparticules/#i_3316
ATOME
Dans le chapitre « Particules élémentaires et atomisme » : […] Nous sommes donc aujourd'hui bien éloignés des notions 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 de l'électron et du proton puis ce […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/atome/#i_3316
BARYONS
Famille de particules sensibles à l'interaction forte et de moment angulaire intrinsèque (spin) multiple impair de h /4π ( h = constante de Planck). On a longtemps considéré les baryons comme des particules élémentaires mais on comprend maintenant qu'ils sont des assemblages de quarks, d'antiquarks et de gluons. Leur contenu en quarks et en gluons est […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/baryons/#i_3316
BELL INÉGALITÉ DE ou THÉORÈME DE BELL
Formule de mécanique quantique reliant les probabilités de certains phénomènes particulaires, l'inégalité de Bell joue un rôle extrêmement important dans le débat sur l'interprétation de la mécanique quantique. Trouvée en 1964, elle a montré qu'il existait des expériences particulières où les prédictions de la mécanique quantique usuelle (dite de l'école de Copenhague) et celles des théories à v […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/bell-theoreme-de-bell/#i_3316
BIG BANG
Dans le chapitre « Accélération de l'expansion de l'Univers » : […] La confiance des scientifiques en ces modèles repose essentiellement sur trois piliers : – L' expansion de l'Univers. La physique reconnue implique les modèles de big bang comme sa conséquence logique. Toute tentative concurrente (il n'en existe aucune aujourd'hui) devrait inventer de nouvelles lois physiques. – Les abondances des éléments légers – deutérium, hélium et une partie du lithium – obs […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/big-bang/#i_3316
BOSE-EINSTEIN CONDENSATION DE
Dans le chapitre « Le principe de la condensation de Bose-Einstein » : […] La condensation de Bose-Einstein est un phénomène purement quantique ; elle plonge ses racines dans un monde qui n'a rien d'intuitif. La plupart des effets quantiques se manifestent soit dans le domaine microscopique, soit à basse température. Cette condensation ne déroge pas à la règle puisqu'elle apparaît lorsqu'on se rapproche du zéro absolu (— 273 0 C ou 0 K). Autre f […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/condensation-de-bose-einstein/#i_3316
CHAMBERLAIN OWEN (1920-2006)
Physicien américain, Prix Nobel de physique en 1959. Né le 10 juillet 1920 à San Francisco (États-Unis), fils d'un radiologue renommé, Owen Chamberlain effectue ses études universitaires au prestigieux Dartmouth College à Hanover (New Hampshire) et y obtient en 1941 le grade de bachelor ; il rejoint ensuite l'université de Californie à Berkeley pour y commencer ses études d […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/owen-chamberlain/#i_3316
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 ph […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/champ-physique/#i_3316
CHAMPS THÉORIE DES
Dans le chapitre « Théories de jauge et description des interactions nucléaires » : […] Les premiers essais pour décrire les interactions nucléaires dans le cadre des théories quantiques des champs arguaient de la portée limitée des forces nucléaires comme une preuve que les champs échangés entre les protons et les neutrons d'un noyau atomique, par exemple, étaient quantifiés en des particules de masse intermédiaire entre celles des électrons et des protons ; ces […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-des-champs/#i_3316
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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/chromodynamique-quantique/#i_3316
COMPTON EFFET
Dans le chapitre « Diffusion Compton et structure du proton » : […] La diffusion élastique des photons par les nucléons (proton ou neutron), qui est un processus différent de l'effet Compton original, porte néanmoins le nom de diffusion Compton. L'intérêt de cette réaction vient du fait qu'on comprend bien la propagation des photons et leur interaction avec des particules élémentaires électriquement chargées. Cette connaissance est exprimée par l'adéquation des […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-compton/#i_3316
CRONIN JAMES WATSON (1931-2016)
Fils d'un professeur de latin et de grec à l'université méthodiste de Dallas, James Watson Cronin est né le 29 septembre 1931 à Chicago. Il fit ses études supérieures à l'université de Chicago et y soutint sa thèse en 1955. Il rejoignit alors le groupe de physiciens travaillant auprès d'un nouvel accélérateur, le cosmotron de Brookhaven dans l'île de Long Island près de New York. Peu après la déco […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/james-watson-cronin/#i_3316
DALITZ RICHARD (1925-2006)
Physicien britannique. Né le 28 février 1925 dans la petite ville de Dimboola à 300 kilomètres de Melbourne (Australie), le théoricien britannique Richard Dalitz a contribué de multiples façons aux progrès de la physique des particules élémentaires. Après des études en mathématiques et en physique à l'université de Melbourne, il obtient en 1946 une bourse pour aller en Grande-Bretagne préparer un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/richard-dalitz/#i_3316
DÉCOUVERTE DE L'ANTIMATIÈRE
Le théoricien britannique Paul Dirac (1902-1984) prédit, en 1931, que, par nécessité de cohérence mathématique, une théorie quantique et relativiste doit associer à toute particule, comme l'électron, un alter ego de charge opposée. Le 2 août 1932, Carl David Anderson photographie, grâce à une grande chambre à brouillard, la trace d'un anti-électron – appelé positon – issu de quelque violent proces […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/decouverte-de-l-antimatiere/#i_3316
DÉCOUVERTE DES BOSONS W ET Z
La découverte des bosons W et du boson Z en 1983 au collisionneur proton-antiproton du Cern confirme la théorie électrofaible de Sheldon Glashow, Steven Weinberg et Abdus Salam. Cette découverte a été rendu possible par la mise au point au Cern de Genève d'un intense faisceau d'antiprotons grâce à une technique originale inventée par Simon Van der Meer. Le physicien Carlo Rubbia mobilisera autour […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/decouverte-des-bosons-w-et-z/#i_3316
EXISTENCE DU GLUON
Les chercheurs du centre Desy à Hambourg (Allemagne) mettent en évidence, en 1979, l'existence du gluon. Par une analyse précise de la topologie des trajectoires de particules créées dans l'annihilation d'un électron et d'un positon à haute énergie, les physiciens ont montré, cette année-là, que dans quelque 10 p. 100 des cas, les particules produites se regroupent en trois jets. C'est le signe de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/existence-du-gluon/#i_3316
EXISTENCE DU NEUTRINO
L'existence du neutrino est proposée en 1930 par le physicien suisse d'origine autrichienne Wolfgang Pauli (1900-1958), pour sauvegarder le principe de conservation de l'énergie que les désintégrations radioactives β des noyaux atomiques ne semblaient pas respecter. Cette particule difficilement détectable, car elle interagit très peu avec la matière, fut découverte en 1956 par Clyde Cowan et Fred […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/existence-du-neutrino/#i_3316
FITCH VAL LOGSDON (1923-2015)
Né le 10 mars 1923 dans un ranch du Nebraska, Val Logsdon Fitch fut, durant la Seconde Guerre mondiale, envoyé comme militaire-technicien au laboratoire de Los Alamos, où il devint un expérimentateur expert en côtoyant les grands physiciens attachés au projet Manhattan. Il compléta ses études universitaires après la guerre à l'université McGill de Montréal (Canada), puis soutint sa thèse en 1954 s […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/val-logsdon-fitch/#i_3316
DÉCOUVERTE DU NEUTRINO MUONIQUE
Les physiciens américains Jack Steinberger (né en 1921), Leon Lederman (né en 1922) et Mel Schwartz (1932-2006) montrent en 1962 qu'il existe au moins deux sortes de neutrinos, l'un attaché à l'électron, l'autre au muon. L'expérience utilise le synchrotron du Laboratoire national de Brookhaven (île de Long Island, près de New York). Les collisions sur des noyaux cibles des protons qui y sont acc […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/decouverte-du-neutrino-muonique/#i_3316
GELL-MANN MURRAY (1929-2019)
Physicien théoricien américain, né à New York le 15 septembre 1929. Nommé en 1952 professeur assistant à l'université de Chicago, Gell-Mann 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 la théorie moderne des par […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/murray-gell-mann/#i_3316
GLUONS
Particule élémentaire dont l'échange entre deux autres particules caractérise l'interaction nucléaire forte. De masse nulle, neutre électriquement, cette particule de moment angulaire intrinsèque (ou spin) égal à h /2π, où h est la constante de Planck, est l'équivalent du photon dans la théorie de la chromodynamique quantique. Il porte une charge dite […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/gluons/#i_3316
GOLDHABER GERSON (1924-2010)
Physicien américain d'origine allemande, Gerson Goldhaber a contribué à plusieurs découvertes fondamentales, concernant en particulier l'antiproton, la particule J/ψ et l'énergie noire. Gerson Goldhaber naît le 20 février 1924, à Chemnitz, en Allemagne, dans une famille juive. Quittant le pays avec cette dernière en 1933, il étudie ensuite la physique à l'Université hébraïque de Jérusalem, où il p […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/gerson-goldhaber/#i_3316
GRAVITON
Particule élémentaire hypothétique vectrice de l'interaction gravitationnelle. De masse nulle, neutre électriquement, cette particule serait l'équivalent du photon dans une théorie encore inexistante 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 tenso […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/graviton/#i_3316
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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/werner-karl-heisenberg/#i_3316
HIGGS BOSON DE
Depuis la découverte du neutron, du muon, des divers mésons, des neutrinos puis des six quarks, des gluons et des bosons W et Z vecteurs de l'interaction faible, la chasse aux nouvelles particules est un des fils conducteurs les plus lisibles de la physique subatomique. Si certaines de ces découvertes furent une surprise, la plupart d'entre elles vinrent étayer une théorie proposée afin de rendre […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/boson-de-higgs/#i_3316
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 radioactivité β + est une réaction très semblable où un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-interaction-electrofaible/#i_3316
INTERACTIONS (physique) - Interaction nucléaire forte
Dans le chapitre « Les quarks » : […] À la fin des années 1960, les interactions fortes semblent défier la théorie quantique des champs, alors que ce cadre théorique issu des révolutions relativiste et quantique décrit avec une précision stupéfiante les processus électromagnétiques. La structure des noyaux atomiques, leurs déformations, leurs fusions ou leurs fissions échappent aux prédictions de ce formalisme. On n'arrive même pas à […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-interaction-nucleaire-forte/#i_3316
INTERACTIONS (physique) - Unification des forces
Dans le chapitre « Les théories de jauge » : […] En 1918, la mathématicienne allemande Emmy Noether démontre que l'invariance d'une théorie physique par rapport à une transformation continue se traduit par l'existence d'une quantité conservée. Hermann Weyl applique cette idée à l’électromagnétisme et à une transformation qui dilate l'échelle des longueurs, qu’il appelle « transformation de jauge ». Dans le cadre de la nouvelle mécanique quant […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-unification-des-forces/#i_3316
ISOSPIN
Nombre quantique attaché à une symétrie interne des particules élémentaires, dont la représentation mathématique est identique à celle de la symétrie par rotation. La notion d'isospin fort, introduite en 1933 par Werner Heisenberg (1901-1976), traduit le fait que le proton et le neutron peuvent être compris comme deux états d'une particule unique : le nucléon. Par analogie avec les rotations dans […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/isospin/#i_3316
ISOTROPIE & ANISOTROPIE
Au sens général du terme, une grandeur physique (macroscopique ou microscopique) est anisotrope, ou isotrope, selon qu'elle dépend ou non de la direction suivant laquelle on la mesure. Ainsi, la densité d'un corps homogène ou la fonction de distribution des vitesses à l'équilibre thermodynamique sont des grandeurs isotropes, tandis que cette même fonction de distribution en […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/isotropie-et-anisotropie/#i_3316
JAUGE THÉORIE DE
Les expériences de diffusion d'électrons sur les protons posaient depuis 1968 une énigme aux physiciens des particules élémentaires. Le physicien américain James D. Bjorken avait en effet démontré qu'elles étaient très difficilement interprétables à moins d'admettre que les électrons étaient diffusés sur des sous-constituants des nucléons et que ceux-ci – qu'il appelait « partons » – étaient qua […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-de-jauge/#i_3316
LATTES CESAR (1924-2005)
Physicien nucléaire brésilien. Cofondateur du groupe de recherche de Bristol avec l'Italien Giuseppe Occhialini et les Britanniques Hugh Muirhead et Cecil Powell, le physicien brésilien Cesar Lattes découvre avec ses confrères l'existence et les fonctions de deux particules élémentaires étranges, les mésons pi (méson o et méson +). Ces particules, également appelées pions, interviennent dans les […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/cesar-lattes/#i_3316
LEDERMAN LEON (1922-2018)
Né le 15 juillet 1922 à New York dans une famille d'émigrés russes, Leon Lederman servit trois ans dans l'armée américaine durant la Seconde Guerre mondiale, puis fit ses études à l'université Columbia de New York où il soutint sa thèse en 1951. Nommé professeur de physique en 1958, il resta à Columbia jusqu'en 1979, année où il devint directeur du laboratoire national Fermi (Fermilab) à Batavia ( […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/leon-lederman/#i_3316
L.H.C. (Large Hadron Collider)
Dans le chapitre « Naissance et objectifs du LHC » : […] Le projet de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire – le Cern – de construire un collisionneur de hadrons est évoqué dès les années 1980. Le principal objectif est de découvrir et étudier le boson de Higgs, particule prédite par le modèle standard, cadre théorique de la physique des particules. En outre, le LHC doit permettre d’explorer les extensions théoriques de ce modèle, telle […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/large-hadron-collider/#i_3316
MAJORANA FERMIONS DE
Le physicien italien Ettore Majorana (1906, disparu en 1938) a écrit en 1937 une équation fondamentale pour les particules élémentaires de spin ½ (appelés fermions car leurs ensembles obéissent aux lois statistiques inventées par Fermi) différente de celle proposée par Paul Dirac neuf ans plus tôt. La nouveauté cruciale de sa théorie est que les particules décrites par cette équation sont leur pr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/fermions-de-majorana/#i_3316
MASSE (notions de base)
Dans le chapitre « La masse des particules élémentaires » : […] La théorie moderne de l'électromagnétisme rend bien compte de la masse nulle du photon, caractéristique liée à la nature du principe de symétrie (dite de jauge) à l'origine de l'électrodynamique quantique. La limite expérimentale sur sa masse est de 7 × 10 —17 eV. Il est très difficile de mesurer les masses des trois types de neutrinos existants ; les expériences indique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse/#i_3316
MASSE, physique
Dans le chapitre « Masse et énergie » : […] Au début du siècle, Einstein a montré la nécessité de modifier les conceptions de la mécanique newtonienne en remplaçant les notions classiques d'espace et de temps par des notions plus élaborées et plus intriquées. On sait qu'un aspect majeur de ces nouvelles notions est l'existence pour tous les corps matériels d'une vitesse limite c , qui coïncide avec la vitesse de la lu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse-physique/#i_3316
MATÉRIALISATION, physique
On appelle matérialisation toute transformation d'énergie en matière ; le seul processus connu de matérialisation est celui du photon d'énergie h ν qui se convertit, au voisinage d'un noyau, en une paire électron-positron. Le phénomène ne peut avoir lieu dans le vide, où serait impossible la conservation du quadrivecteur énergie-impulsion du photon initial ; de plus, il est n […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/materialisation-physique/#i_3316
MÉSON ÊTA-B
Les physiciens de la collaboration internationale BaBar ont démontré l'existence du méson êta-b, le cousin attendu du méson upsilon découvert il y a trente ans. Caractéristiques d'états où un quark lourd de type b (pour bottom ou parfois beau ) et un antiquark du même type sont liés, ces particules lourdes (plus de dix fois la masse du proton) sont a […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/meson-eta-b/#i_3316
NE'EMAN YUVAL (1925-2006)
Physicien et homme politique israélien. Issu d'une famille qui s'était installée au xix e siècle en Palestine, alors partie de l'Empire ottoman, Yuval Ne'eman est le petit-fils d'un des fondateurs de la ville de Tel-Aviv, où il naît le 14 mai 1925. Il passe presque toute sa jeunesse dans cette ville et obtient à vingt ans un diplôme d'ingénieur […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/yuval-ne-eman/#i_3316
NEUTRON
Le neutron est, avec le proton, une particule constitutive du noyau atomique. Un noyau (Z, A), de numéro atomique Z et de nombre de masse A, est un assemblage constitué de briques élémentaires de deux types différents : Z protons et A—Z neutrons. Ces deux particules jouent donc un rôle fondamental dans tous les processus qui mettent en jeu les noyaux. Le neutron est une particule dont les dimensi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/neutron/#i_3316
OPPENHEIMER JULIUS ROBERT (1904-1967)
Physicien américain né à New York et mort à Princeton, Julius Robert Oppenheimer entre, en 1925, à l'université Harvard. Diplômé en 1928, il poursuit des études de mathématiques et de physique théorique à l'université de Göttingen, où il obtient son doctorat sous la direction de Max Born. C'est la grande période du développement de la nouvelle théorie des quanta avec W. Heisenberg, P. Jordan, W. P […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/julius-robert-oppenheimer/#i_3316
PHYSIQUE - Physique et informatique
Dans le chapitre « Physique subatomique » : […] La branche de la physique qui consomme la plus grande puissance de calcul est probablement la simulation de la chromodynamique quantique. Cette théorie est censée décrire comment les quarks et les gluons se lient pour former les particules qui interagissent fortement et qu'on observe dans les accélérateurs. Pour modéliser la chromodynamique quantique sur ordinateur, il faut d'abord discrétiser l' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-physique-et-informatique/#i_3316
PLASMA DE QUARKS ET DE GLUONS
Dans le chapitre « LA CHROMODYNAMIQUE QUANTIQUE ET LES PHASES DE LA MATIÈRE ÉLÉMENTAIRE » : […] La chromodynamique quantique décrit les forces nucléaires responsables de la cohésion des noyaux atomiques comme dues aux interactions entre quarks, antiquarks et gluons. Proposée au début des années 1970, cette théorie rend compte de nombreuses observations et mesures expérimentales et est maintenant considérée comme une pièce essentielle du modèle standard de l'Univers. Elle présente une caract […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/plasma-de-quarks-et-de-gluons/#i_3316
PREUVE EXPÉRIMENTALE DE LA STRUCTURE EN QUARKS
L'expérience menée à l'accélérateur linéaire à électrons de Stanford (S.L.A.C) par Jerome Friedman, Henry Kendall et Richard Taylor permet de démontrer en 1968 la présence de structures ponctuelles chargées à l'intérieur du proton. Bien qu'on eût expliqué depuis plusieurs années le spectre des particules connues comme dû à une structure sous-jacente, on ne considérait pas que les quarks, imaginés […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/preuve-experimentale-de-la-structure-en-quarks/#i_3316
PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2015
Le physicien japonais Takaaki Kajita (né en 1959) et le physicien canadien Arthur B. McDonald (né en 1943) se partagent le prix Nobel de physique 2015 pour leurs contributions essentielles à la compréhension des propriétés des neutrinos, par deux expériences qui ont établi le phénomène appelé « oscillation des neutrinos ». Les neutrinos sont les plus discrètes des particules élémentaires car le […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2015/#i_3316
PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2013
Le prix Nobel de physique récompense en 2013 le physicien théoricien belge François Englert (né le 6 novembre 1932 à Etterbeek [Bruxelles]) et son collègue britannique Peter Ware Higgs (né le 29 mai 1929 à Wallsend [Newcastle]) , qui ont proposé en 1964 un mécanisme non conventionnel pour expliquer certaines propriétés des interactions fondamentales du monde physique, comme la gravitation. Cet […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2013/#i_3316
PROTON
La matière est constituée d'atomes (dont la dimension est de l'ordre de 10 —10 mètre), eux-mêmes formés par un noyau (dont la dimension est de l'ordre de 10 —15 mètre, soit 1 femtomètre [fm]) autour duquel gravitent des électrons. Le proton est une particule de charge électrique positive, numériquement égale à celle de l'électron, mais de masse […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/proton/#i_3316
QUANTIQUE PHYSIQUE
Dans le chapitre « Les systèmes de particules identiques » : […] Un autre aspect remarquable de la physique quantique est qu'il faut considérer les particules du même type comme indiscernables. Pour illustrer ce fait, considérons deux ondes se dirigeant l'une vers l'autre : après leur rencontre, on voit deux ondes s'éloigner l'une de l'autre, et rien ne permet de dire si l'onde venant de droite continue son chemin vers la gauche et réciproquement, ou si les de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-quantique/#i_3316
RAYONNEMENT COSMIQUE - Rayons cosmiques
Les rayons cosmiques sont des noyaux atomiques et des particules élémentaires qui voyagent dans l'espace à des vitesses voisines de celle de la lumière. Certains d'entre eux s'approchent suffisamment de la Terre pour être détectés par des instruments placés dans des satellites en orbite terrestre ou dans des sondes spatiales. D'autres pénètrent dans l'atmosphère terrestre, entrent en collision av […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/rayonnement-cosmique-rayons-cosmiques/#i_3316
RÉALITÉ PHYSIQUE
Dans le chapitre « Déterminisme ou indéterminisme » : […] Si la contestation de certaines idées faussement évidentes fut, au xx e siècle, d'abord due à la relativité, la mécanique quantique l'a poussée à son paroxysme, et cela de plusieurs façons : en premier lieu, en affirmant qu'il n'y a pas de sens à parler de la position et de la vitesse d'une particule […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/realite-physique/#i_3316
RELATIVITÉ - Relativité générale
Dans le chapitre « Relativité générale, théorie quantique et unification » : […] Nous n'avons jusqu'ici examiné que la relativité générale classique, qui est pertinente pour décrire la gravitation à l'échelle macroscopique, mais insuffisante pour étudier l'interaction gravitationnelle à l'échelle microscopique, où entre en jeu le caractère quantique des particules élémentaires. Nous avons déjà noté, à propos de la radiation thermique des trous noirs de Hawking, qu'un champ gr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/relativite-relativite-generale/#i_3316
RÉSONANCE, physique
Égalité entre la fréquence ν de l'agent excitateur et l'une des fréquences propres ν 0 du système oscillant excité, et caractérisée principalement par un maximum de la réponse du système en fonction de la fréquence excitatrice. La résonance existe dans de nombreux domaines de la physique et on peut en étudier quelques aspects particuliers. 1. Mouvement forcé d'un oscillateur (unidimensionnel) har […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/resonance-physique/#i_3316
RICHTER BURTON (1931-2018)
Le physicien américain Burton Richter naît le 22 mars 1931 à New York. Il fait ses études supérieures au Massachusetts Institute of Technology et y soutient sa thèse en 1956 sur la photoproduction de mésons π dans une expérience réalisée auprès de l'accélérateur de particules du laboratoire de Brookhaven, près de New York. Il rejoint alors le laboratoire de physique des h autes énergies de l'unive […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/burton-richter/#i_3316
SCHRAMM DAVID (1945-1997)
L'astrophysicien et cosmologue américain David N. Schramm s'est tué le 19 décembre 1997 aux commandes de son avion personnel dans la région de Denver (Colorado). Né le 25 octobre 1945 à Saint Louis (Missouri), il avait commencé ses études supérieures au M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology), puis avait soutenu sa thèse en 1971 à l'Institut californien de technologie (Caltech) de Pasadena. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/david-schramm/#i_3316
SCHWARTZ MELVIN (1932-2006)
Physicien américain, Prix Nobel de physique en 1988. Né le 2 novembre 1932 dans le quartier du Bronx à New York, Schwartz suit les cours du Bronx High School of Science, lycée exceptionnel par ses ambitions et sa fréquentation, d'où sont issus sept Prix Nobel de physique. Le jeune Melvin croise dans les couloirs de son école Leon N. Cooper (né en 1930), Sheldon L. Glashow (né en 1932) et Steven […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/melvin-schwartz/#i_3316
SCIENCES - Science et philosophie
Dans le chapitre « La philosophie de la mécanique quantique » : […] La mécanique quantique nous offre, en effet, l'exemple d'une science extraordinairement précise et efficace, mais qui ne nous fournit pourtant aucune représentation intelligible du monde. La mécanique quantique, dit René Thom, constitue « le scandale intellectuel du siècle [...]. La science a renoncé à l'intelligibilité du monde ; elle y a réellement renoncé ! C'est quelque chose qui s'impose et q […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/sciences-science-et-philosophie/#i_3316
SEGRÈ EMILIO GINO (1905-1989)
Physicien d'origine italienne, Emilio Segré a reçu le prix Nobel de physique en 1959, avec le physicien américain Owen Chamberlain, pour la découverte de l'antiproton (particule de même masse que le proton mais de charge électrique opposée). Emilio Gino Segrè est né le 1 er février 1905 à Tivoli, près de Rome. Nommé professeur adjoint à l'université de Rome en 1932, il p […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/emilio-gino-segre/#i_3316
SPIN DU PROTON
Dans le chapitre « Quarks et gluons, particules élémentaires du noyau atomique » : […] Tout atome se compose d'un noyau de charge positive autour duquel gravitent des électrons chargés négativement. On sait depuis les années 1930 que ce noyau est un assemblage de protons et de neutrons dont la cohésion est due à une interaction extraordinairement intense, l'interaction nucléaire forte. Des expériences effectuées à la fin des années 1960, au cours desquelles on faisait entrer en col […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/spin-du-proton/#i_3316
STEINBERGER JACK (1921- )
Né le 21 mai 1921 à Bad Kissingen (Allemagne), Jack Steinberger est le fils du professeur de religion de la petite communauté juive de la station thermale d'alors. Embarqué avec trois cents autres enfants juifs allemands accueillis par des organisations juives américaines, il débarqua à New York avec son frère aîné en décembre 1934 et fut « adopté » par une famille de Chicago avant que ses parents […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/jack-steinberger/#i_3316
SYMÉTRIE CP VIOLATION DE LA
L' observation d'un mode de désintégration particulier d'un méson K neutre montre en 1964 qu'une symétrie liant matière et antimatière n'est pas respectée par la nature. Les années 1950 et 1960 étaient riches en découvertes de nouvelles particules élémentaires ; après les mésons π légers, qui semblaient jouer le rôle de médiateurs des forces nucléaires, on avait identifié les mésons K portant un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/violation-de-la-symetrie-cp/#i_3316
SYMÉTRIES, physique
Dans le chapitre « Les symétries de jauge » : […] On a vu que la conservation de l'énergie s'exprime comme la conséquence de l'invariance des lois physiques dans le temps ; autrement dit, puisque le fait de changer la définition du calendrier ne modifie en rien les forces subies et les trajectoires suivies par des objets, il existe une quantité conservée qu'on appelle énergie du système. Si les professeurs de physique insistent sur cette loi de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/symetries-physique/#i_3316
TCHERENKOV EFFET
Dans le chapitre « Détecteurs d'anneaux Tcherenkov » : […] La mesure de l'angle Tcherenkov doit passer par la localisation de la lumière Tcherenkov sur un détecteur optique. On obtient alors une image qui a la forme d'un anneau. Le rayon de cet anneau Tcherenkov couplé avec la distance focale donne l'angle Tcherenkov. Le prix des détecteurs de lumière limita longtemps la mesure de cet angle à des situations particulières. À la fin des années 1970 et au dé […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-tcherenkov/#i_3316
THERMIQUE
Dans le chapitre « Température » : […] Au milieu du xix e siècle, la nécessité de décrire la matière macroscopique à partir de ses éléments microscopiques s’impose peu à peu au monde de la physique. Maxwell franchit en ce sens un pas décisif par la publication, en 1859, de sa Théorie cinétique des gaz , qui établit par le calcul la loi d’état des gaz parfaits, do […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermique/#i_3316
TING SAMUEL CHAO CHUNG (1936- )
Samuel Chao Chung Ting naît prématurément le 27 janvier 1936 à Ann Arbor (Michigan), américain par accident alors que ses parents, professeurs de technologie et de psychologie dans des universités chinoises, sont en visite aux États-Unis. Après une jeunesse passée en Chine, Ting peut poursuivre ses études à l'université du Michigan et obtient son doctorat en 1962 sous la direction de Martin L. Per […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/samuel-chao-chung-ting/#i_3316
UMKLAPP PROCESSUS
Processus d'interaction, d'un type particulier, ayant lieu entre particules (électrons) ou quasi-particules (phonons, photons, magnons, etc.) à l'intérieur d'un réseau cristallin. Tandis que, dans un processus « normal » (ou « N »), la conservation de l'impulsion ou de la quasi-impulsion totale est toujours vérifiée, elle ne l'est dans un processus « Umklapp » (ou « U ») qu'à condition de faire in […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/processus-umklapp/#i_3316
UNIVERS
Dans le chapitre « La structure, l'origine et l'évolution de l'Univers » : […] Une caractéristique essentielle de l'Univers est qu'à cette échelle immense espace et temps ne sont pas séparés. Nous observons les objets éloignés tels qu'ils étaient au moment où la lumière que nous en recevons les a quittés : il y a donc une relation biunivoque entre la distance d'un objet et son âge (d'où l'intérêt d'exprimer les distances en années-lumière). Cette relation dépend évidemment […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/univers/#i_3316
YUKAWA HIDEKI (1907-1981)
Physicien japonais, né le 23 janvier 1907 à Tōkyō, dans une famille bourgeoise, nourrie de culture classique, notamment chinoise, dans la tradition confucéenne, Yukawa Hideki était le cinquième de sept enfants qui devinrent, pour la plupart, d'éminents universitaires. Son père, Ogawa Takuji, géologue et géographe, fut nommé professeur à l'université de Kyōto et c'est donc dans cette ville que Yuka […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/yukawa/#i_3316
Voir aussi
Pour citer l’article
Bernard PIRE,
Jean-Eudes AUGUSTIN,
Michel PATY,
« PARTICULES ÉLÉMENTAIRES -