JAUGE THÉORIE DE

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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 quasi sans interactions les uns avec les autres. Même si d'autres arguments, fondés sur l'analyse des masses des nombreuses particules élémentaires et des arguments de théorie des groupes, laissaient envisager la présence de quarks dans ces nucléons, les caractéristiques dynamiques de l'interaction nucléaire forte et en particulier l'extraordinaire intensité des forces internes au noyau atomique interdisaient une telle quasi-liberté des partons. Dans deux articles parus dans le numéro du 25 juin 1973 de la revue de la société américaine de physique, Physical Review Letters, les théoriciens David J. Gross et son étudiant Frank Wilczek de l'université Princeton et H. David Politzer de l'université Harvard montrent de façon indépendante que cette situation paradoxale n'est qu'une des conséquences mathématiques d'une certaine classe de théories quantiques des champs, appelées théories de jauge non abéliennes.

Construites comme des généralisations de l'électrodynamique, ces théories ont pour principe de postuler l'indépendance des quantités observables par rapport au choix d'une jauge dans les équations fondamentales. En électrodynamique, cette jauge se réduit à une phase attachée à la fonction d'onde de l'électron, et le groupe de jauge est le groupe multiplicatif des nombres complexes de module unité, noté U(1). Les théories non abéliennes ont un groupe de jauge non commutatif, par exemple un groupe de matrices de dimension 3 pour le groupe SU(3). Lorsqu'on utilise de telles théories quantiques des champs pour décrire les interactions des quarks, la liaison du noyau atomique est assurée par des échanges de [...]

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Écrit par :

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

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « JAUGE THÉORIE DE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 17 mai 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-de-jauge/