SYMÉTRIES, physique

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LES SYMÉTRIES BRISÉES

Lorsqu'un problème physique admet une symétrie décrite mathématiquement par un groupe G, chaque solution n'est pas forcément invariante par G. En fait, c'est plutôt l'ensemble des solutions qui est invariant par G. Un exemple classique est la cristallisation d'un liquide. Lorsque la température décroît, l'isotropie (c'est-à-dire l'équivalence de toutes les directions) de l'ensemble des atomes disparaît, tandis que des axes privilégiés définissent les mailles élémentaires du cristal. La symétrie cristalline est alors décrite par un sous-groupe du groupe de symétrie initial. On dit qu'au point de cristallisation, la symétrie est spontanément brisée. Cette observation rend notablement plus malaisée la recherche des symétries des lois physiques à partir d'observations ou de mesures expérimentales. Comment un physicien qui ne serait entouré que de cristaux cubiques pourrait-il imaginer qu'un groupe de symétrie plus large – le groupe de Poincaré déjà cité – régit les lois de la physique atomique ? L'exemple de la cristallisation n'est qu'un des nombreux cas où une transition de phase entre différents états de la matière s'exprime comme un problème de changement de symétries ; de façon générale, le groupe de symétrie de l'état le moins symétrique est un sous-groupe du groupe de symétrie de l'état le plus symétrique.

Les symétries spontanément brisées sont l'élément essentiel des tentatives théoriques d'unification des forces. La description actuelle des interactions électrofaibles est la réalisation partielle de cet ambitieux programme, dont rien ne permet de juger actuellement s'il est réaliste. À la fin des années 1960, Sheldon Glashow, Steven Weinberg et Abdus Salam ont proposé que les phénomènes électromagnétiques et nucléaires faibles soient les manifestations de deux aspects complémentaires d'une interaction unique, appelée électrofaible. Cette théorie réalise une unification des deux forces en les décrivant comme issues d'une théorie dont l'unique symét [...]


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Écrit par :

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

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CHIMIE THÉORIQUE

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FITCH VAL LOGSDON (1923-2015)

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INTERACTIONS (physique) - Interaction nucléaire forte

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INTERACTIONS (physique) - Unification des forces

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ISOSPIN

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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_12838

ISOTROPIE & ANISOTROPIE

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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_12838

KOBAYASHI MAKOTO (1944- )

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  • Bernard PIRE
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Le physicien théoricien japonais Makoto Kobayashi a reçu le prix Nobel de physique en 2008 « pour la découverte de l'origine de la symétrie brisée qui prédit l'existence d'au moins trois familles de quarks dans la nature ». Kobayashi naît le 7 avril 1944 à Nagoya (Japon) ; son père, médecin, meurt peu après la Seconde Guerre mondiale. Il effectue ses études supérieures à l'université de Nagoya ; […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/kobayashi/#i_12838

LEE TSUNG-DAO (1926- )

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Né le 24 novembre 1926 à Shanghai (Chine), Lee Tsung-Dao était le fils d'un homme d'affaires. La guerre sino-japonaise de 1937-1945 lui fit quitter l'université Kweichow dans la province du Zhejiang, pour rejoindre celle de Kunming, dans le Yunnan, où il rencontra Yang Chen-Ning, dont il sera longtemps l'ami et le collaborateur. Une bourse du gouvernement chinois lui permit de terminer ses études […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lee-tsung-dao-1926/#i_12838

MASKAWA TOSHIHIDE (1940- )

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Né le 7 février 1940 à Nagoya (Japon), le physicien théoricien japonais Toshihide Maskawa a reçu le prix Nobel de physique en 2008 « pour la découverte de l'origine de la symétrie brisée qui prédit l'existence d'au moins trois familles de quarks dans la nature ». Issu d'une famille de commerçants spécialisés dans le négoce du sucre, il se passionne très jeune pour les sciences et fait ses études […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/maskawa/#i_12838

MASSE, physique

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  • Jean-Marc LÉVY-LEBLOND, 
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  •  • 4 054 mots
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MATIÈRE

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  • Jacques GUILLERME, 
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MATIÈRE (physique) - Transitions de phase

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HIGGS MÉCANISME DE

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  • Bernard PIRE
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En 1964, les physiciens belges Robert Brout et François Englert, d'une part, et leur collègue écossais Peter Higgs , d'autre part, introduisent le concept de symétrie de jauge spontanément brisée. Dans deux articles aux titres quasi identiques « Symétrie brisée et la masse des mésons vecteurs de jauge  » et « Symétries brisées, particules de masse nulle et champs de jauge […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanisme-de-higgs/#i_12838

MÉSOMORPHE ÉTAT

  • Écrit par 
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NAMBU YOICHIRO (1921-2015)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 383 mots

Physicien théoricien des interactions fondamentales et des particules élémentaires, Prix Nobel de physique en 2008, Yoichiro Nambu est né le 18 janvier 1921 à Tōkyō et a grandi dans la ville de Fukui, située à 300 kilomètres environ à l'ouest de la capitale japonaise. Après des études universitaires à l'université de Tōkyō, il travaille à partir de 1942 sur les radars dans un laboratoire militai […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nambu/#i_12838

NEUTRON

  • Écrit par 
  • Bernard SILVESTRE-BRAC
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Dans le chapitre « Propriétés du neutron »  : […] La nouvelle particule suscite l'enthousiasme durant les années qui suivent sa découverte ; les physiciens veulent en cerner toutes les propriétés. Elle est sensible à toutes les interactions de la nature. Pour diverses raisons, il devient patent que le neutron est une particule à part entière et non un état lié p-e. La physique nucléaire démarre sur des bases saines, mais demande bien sûr une meil […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/neutron/#i_12838

PARITÉ, physique

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
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Transformation qui change toutes les coordonnées spatiales en leurs opposées. Les interactions gravitationnelles, électromagnétiques et nucléaires fortes sont invariantes par parité. Les interactions faibles violent de façon maximale cette symétrie. Cette caractéristique proposée en 1956 par les physiciens chinois Tsung Dao Lee et Chen Ning Yang fut vérifiée quelques mois plus tard par l'observat […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/parite-physique/#i_12838

PIÉZO-ÉLECTRICITÉ

  • Écrit par 
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  •  • 7 médias

Dans le chapitre « Quartz »  : […] Le quartz est une forme cristalline de la silice (SiO 2 ) dont d'autres formes cristallines existent en abondance (silex, agate, calcédoine, etc.). On le trouve sous forme naturelle exploitable au Brésil, à Madagascar et en ex-U.R.S.S.. Sa forme cristalline courante est dite « forme α ». Chauffée à 573  0 C, elle se transforme en « forme β », pratiquement non piézo-électr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/piezo-electricite/#i_12838

PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2016

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Le prix Nobel de physique 2016 distingue les travaux de trois théoriciens , pour la description de nouveaux états quantiques de la matière et des transitions de phase qui mènent à ces états. Les trois physiciens, David J. Thouless (né à Bearsden, en Écosse, en 1934 et mort à Cambridge, en Angleterre, en 2019) , John Michael Kosterlitz (né à Aberdeen, en Écosse, en 1942) et F. Duncan M. Haldane (n […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2016/#i_12838

QUASI-CRISTAUX

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RAMAN EFFET

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Dans le chapitre « Symétrie des vibrations et théorie des groupes »  : […] Si les variations du moment électrique et de la polarisabilité paraissent intuitivement accessibles pour des molécules di- ou triatomiques, il n'en est pas de même pour des édifices polyatomiques à grand nombre d'atomes, les plus intéressants de nos jours en chimie ou en biologie. Une méthode très élégante permet de tourner cette difficulté, en se fondant uniquement sur les propriétés de symétrie […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-raman/#i_12838

SCHÖNFLIES ARTHUR MORITZ (1853-1928)

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  • Zdenek JOHAN
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Mathématicien et cristallographe allemand, né le 17 avril 1853 à Landsberg an der Warthe (aujourd'hui Gorzow en Pologne). Après avoir étudié les mathématiques à l'université de Berlin de 1870 à 1875, Arthur Schönflies, élève de Kummer, obtient en 1877 le grade de docteur en philosophie. Il enseigne comme professeur de lycée tout d'abord à Berlin, et pendant les années 1880-1884 au lycée de Colmar. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/arthur-moritz-schonflies/#i_12838

SPIN ou MOMENT CINÉTIQUE ou ANGULAIRE INTRINSÈQUE

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STÉRÉOCHIMIE - Stéréochimie organique

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Voir aussi

Pour citer l’article

Bernard PIRE, « SYMÉTRIES, physique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 octobre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/symetries-physique/