SYMÉTRIES, physique

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

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 conservation de l'énergie lorsqu'ils initient les lycéens à la mécanique, les rudiments d'électricité qu'ils enseignent contiennent une autre loi de conservation, celle de la charge électrique d'un système isolé. En évoquant le théorème de Noether, on peut se demander quelle invariance impose la conservation de cette quantité. Pour répondre à cette question, on doit d'abord rappeler que la physique quantique représente un objet microscopique par une fonction d'onde qui est un nombre complexe, avec un module et une phase. La phase n'est en général pas directement observable, mais elle a des conséquences non négligeables sur le comportement des quantités physiques. Ainsi, lorsqu'un processus de diffusion d'une particule sur une autre fait intervenir divers mécanismes élémentaires, le taux de réaction se calcule à partir du module de la somme (et non pas comme la somme des modules) des amplitudes correspondant à chacun de ces mécanismes. Le fait que chacune de ces amplitudes possède une phase rend inévitables des effets d'interférence, qui parfois annulent l'amplitude totale.

En appliquant au cadre quantique une suggestion de Hermann Weyl (1919) qui tentait de géométriser l'électromagnétisme pour l'unifier avec la gravitation, on s'aperçoit que la multiplication des fonctions d'onde des particules chargées par un facteur de phase peut être vue comme la représentation d'une symétrie de la nature. Pour que les forces électromagnétiques ne dépendent pas de cette transformation, on doit simultanément modifier l'expression des potentiels électromagnétiques en leur ajoutant un terme dit « de jauge » qui n'a pas d'ef [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 10 pages

Écrit par :

  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

Classification

Autres références

«  SYMÉTRIES, physique  » est également traité dans :

SYMÉTRIE CP VIOLATION DE LA

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 395 mots

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, o […] Lire la suite

ANTIMATIÈRE

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE, 
  • Jean-Marc RICHARD
  •  • 6 912 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Antiatomes »  : […] En septembre 1995, une équipe de physiciens allemands et italiens utilisant un des accélérateurs du Cern, le complexe européen de physique des particules situé près de Genève, réalisèrent la fabrication de quelques antiatomes à partir des antiparticules du proton et de l'électron. Le dispositif expérimental tirait avantage de l'anneau d'accumulation d'antiprotons de basse énergie (le L.E.A.R., Lo […] Lire la suite

BELL JOHN STEWART (1928-1990)

  • Écrit par 
  • Maurice JACOB
  •  • 806 mots

Le physicien théoricien britannique John Stewart Bell a marqué par ses travaux le domaine de la mécanique quantique. Né à Belfast le 28 juillet 1928, John Stewart Bell, d'origine modeste, doit travailler dès l'âge de seize ans comme assistant de laboratoire. Il gravit cependant assez vite tous les degrés universitaires, pour soutenir une thèse de doctorat en 1956. Sa carrière de chercheur, commenc […] Lire la suite

CHAMPS THÉORIE DES

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 4 478 mots
  •  • 1 média

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 mésons (en particul […] Lire la suite

CHIMIE THÉORIQUE

  • Écrit par 
  • Lionel SALEM, 
  • François VOLATRON
  •  • 4 284 mots
  •  • 10 médias

Dans le chapitre « Le rôle de la symétrie dans le contrôle des réactions chimiques »  : […] C'est principalement aux savants américains Woodward (prix Nobel 1965) et Hoffmann (prix Nobel 1981) ainsi qu'au chimiste japonais Fukui (prix Nobel 1981) qu'incombe la découverte du rôle joué par la symétrie des fonctions d'onde dans le contrôle des chemins de réaction. Il s'agit, dans le cas présent, de la symétrie spatiale des orbitales moléculaires. Woodward et Hoffmann ont considéré la réacti […] Lire la suite

CRONIN JAMES WATSON (1931-2016)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 368 mots

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

FITCH VAL LOGSDON (1923-2015)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 360 mots

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

FORME

  • Écrit par 
  • Jean PETITOT
  •  • 27 547 mots

Dans le chapitre « Défauts des milieux ordonnés »  : […] Un thème intimement lié aux modèles morphodynamiques et aux transitions de phases est celui des défauts que peuvent présenter les milieux ordonnés. Ceux-ci proviennent du fait que les symétries locales prescrites par le principe de minimisation de l'énergie ne sont pas compatibles avec les contraintes topologiques imposées par les conditions de bord (par exemple lorsqu'on passe d'une phase liquide […] Lire la suite

HIGGS BOSON DE

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 2 571 mots
  •  • 3 médias

Dans le chapitre « Le modèle standard des interactions fondamentales »  : […] La compréhension actuelle des forces fondamentales (si l'on excepte la gravitation qui échappe à cette description) repose sur trois piliers : la mécanique quantique qui associe onde et particule comme deux aspects d'un même objet physique, la théorie des champs qui explicite la propagation et les interactions de ces objets, les groupes de symétrie qui contraignent la description mathématique des […] Lire la suite

INTERACTIONS (physique) - Interaction électrofaible

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 2 109 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « La théorie électrofaible »  : […] La théorie moderne des interactions faibles, proposée en 1967 par Steven Weinberg et Abdus Salam , les décrit comme dues à l'échange de « bosons intermédiaires » appelés W + , W — et Z 0 (fig. ). Aux courants chargés du modèle de Fermi, cette théorie ajoute des « courants faibles neutres » aptes à créer une paire neutrino-antineutrino. En 1973, l'observation au Cern (Genève) de la diffusio […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Bernard PIRE, « SYMÉTRIES, physique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 28 février 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/symetries-physique/