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VIOLATION DE LA PARITE Gaetano Barone Séminaire dorientation.

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1 VIOLATION DE LA PARITE Gaetano Barone Séminaire dorientation

2 Structure de lexposition : Introduction générale : Symétries Conservations Théorème de Noether Discussion sur la signification de la parité et sur linvariance sous parité Cas concret : Parité Hypothèse de violation de la parité Expérience de confirmation Implications dans la physique moderne

3 Les symétries jouent un rôle très important en physique. Introduction Apre's avoir illustré le lien entre symétries et conservations on va se concentrer sur un exemple concret : linvariance sous parité et la violation de telle symétrie par la revue de lexpérience de Mme Wu (1957 )

4 SYMETRIES INVARIANCES et CONSERVATIONS Symétrie : Un objet un corp., un ensemble, une structure et similairement une disposition de différents éléments qui composent cet ensemble tels que respectivement a un point donnée, axe, ou plan de référence il y ait pleine correspondance de forme dimension, position alors ce lien est une symétrie Question: quest ce que c'est une symétrie ?

5 Autres concepts liés Invariance : Conservation Lien?

6 Le concept de symétrie est lie a linvariance par rapport a 'un ensemble de transformations (groupe de symétrie) Examinons les deux concepts un par un :

7 1) Invariance Invariance : Un principe dinvariance est une propriété selon laquelle toutes les lois de la Nature restent inaltérées quand soumises a certaines opérations Exemples : Invariance sous rotation Invariance sous translation

8 2) Conservation Conservation : Une loi de conservation est une affirmation selon laquelle une certaine quantité physique reste inchangée dans le cours dun processus physique réelle Exemples : Conservation de limpulsion Conservation de lénergie Autres exemples : conservation de la charge, du moment cinétique etc.

9 Le lien fut donne par Mme Noether en 1918 par le théorème dont l Énoncé est le suivant: À toute transformation infinitésimale qui laisse invariante l'intégrale d'action correspond une grandeur qui se conserveaction Soit un groupe de symétrie continue a un paramètre alors la quantité Est une constante du mouvement

10 Exemples dapplication du Théorème de Noether Homogénéité de lespace ( Symétrie par translation ) conservation de limpulsion Isotropie de lespace (Symétrie par rotation) conservation du moment cinétique Homogénéité du temps ( Translation temporelle) conservation de lénergie

11 Cas particulier : La Parite Questions : Le groupe de symetrie de Parite est il toujours « conserve' » ? Ce que en physique classique semble etre une loi, l' est-il aussi pour la physique des hautes energies? Avant de repondre a ces questions traitons le cas de la Parite de plus proche

12 Cas pariculier : Parite Structure du reste de lexposition que est ce qu'est la Parité ? question : linvariance sur partie est elle une loi générale ? recherche de la violation de la parité Lee et Yang violation dans les interactions faibles.

13 Qu' est ce qu'est la parité ? On remarque lopération de voir dans le miroir correspond a une opération particulière : la parité (space -reversal) En Mécanique Classique elle est définie par En Mecanique Quantique elle est definie par

14 Plus en general la parite' est un groupe de symetrie a deux elements De la relation PP=id on en déduit que le groupe parité a deux représentations irréductibles Even under parity Odd under parity

15 Sous les rotations les objets geometriques peuvent être classe's en scalaires, spinneurs, vecteurs, tenseurs dordre supérieur. 1 quantite'es invariantes sous rotations : les scalaires sont even under parity les pseudos scalaires sont odd under parity 2 quantitées qui varient avec les rotations : les vecteurs sont odd under parity les pseudo vecteurs sont even under parity

16 Passons a des exemples plus concrets La loi F=ma, est invariante sous parité En Mécanique Classique F et a sont des vecteurs et donc : P(F)=P(ma) –F=m(-a) –F= -ma F=ma En Mecanique Quantique P est un operateur autoadjoint et laction de P sur ψ par le principe de superposition un état quantique peut être composé de plusieurs etats invariants et non invariants sous parité. si [P, H ]=0 alors la parite' est conserve'e Exemple : léquation de Schrödinger indépendante du temps

17 La question qui se pose alors est la suivante : est ce que en MQ toutes les interactions sont invariantes sous parité ?

18 Recherche de la violation La réponse doit être recherchée dans le spin Mouvement spin Horaire positive Antihoraire négative Mais dans un miroir ? Mouvement spin Horaire négative Antihoraire positive

19 Parite viole'e ou non ? On regarde une certaine interaction dans le mirror : Si on peut ne peut pas distinguer limage reelle de limage > alors la Parite nest pas viole'e Si on peut distinguer limage reelle de limage > alors la Parite' est violée Lidée fut de voir linteraction faible dans le miroir, idée eu par T.D Lee et C.N Yang en 1956 aux Etas Unis

20 Ide'e de Lee et Yang

21 C'est l'idée de considérer lhamiltonien dinteraction pour la désintégration du cobalt (60) et de le regarder sous parité On se rend compte que lhamiltonien est composée dune partie > et dune partie > : Donc lHamiltonien nest pas invariant sous parité et les lois physiques changent dans ce cas. La prédiction de la violation de la parité est consequente

22 Expliquons le concept de la violation: Lhammiltonien peut sécrire sous la forme: Appliquons loperateur parité: Se qui montre quil y a une asymétrie!

23 Expérience de Wu La confirmation expérimentale est venue une année plus tard grâce a Mme Wu (1957) Lidée était de > du decadîment du Co 60 par interaction faible Methode : desaimanter les atomes de cobalte, pour ensuite invertir le spin (avec un champ magnetique ) et regarder la direction, et la quantite'e demission delectrons

24 Possibles resultats : Si les électrons ne suivent pas une direction privilègee : LA PARITE' NEST PAS VIOLEE Si on remarque une direction privilègee dans lémission des électrons c'est-à-dire une asymétrie entre limage > de linteraction et limage spéculaire : LA PARITE EST VIOLEE

25 Linteraction Lisotope Co 60 se decompose en beta- et en Ni 60 a létat excité 4+ qui ensuite se decompose par émission de gamma a létat 2+ et ground state.

26 Setup Dans lexpérience on mesure la valeur moyenne du «pseudo scalaire » qui indique la vitesse des électrons (en module et direction) et les spins des noyaux

27 Procedure de lexperience 1.Refroidissement 2.Ré-polarisation des spins 3.Detection des quantite'es delectrons e'mis par la desintegration

28 1 Refroidissement cobalt atteint la température de K Par : Un cryostat a Hélium liquide La température de lhélium baisse'e ulteriorament par désaimantation des spins (aimant de 2.3 T )

29 2 Ré-polarisation des spins Polarisation des noyaux du cobalt grâce au solénoïde et on mesure lintensité des électrons émis dans les différentes directions

30 3 Prise des donnes Seulement les mesures des 6 premiers minutes sont a considérer ( cobalt ce réchauffe et reprend son moment cinétique ordinaire) On observe le rapport des comptages ( rapport de fréquence de détection entre le nombre délectrons émis a basses température et en conditions normales)

31 Dans les 6 premières minutes on voit dans les résultats, clamaient lasymétrie de la paritée en fonction du champ magnetique lemission ne suit pas le champ (direction opposee du spin) ! Ce qui prouve la violation de la parité

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33 Implications dans la physique moderne Violation de la conjugaison de charge ! C-violation dans la meme interaction (faible) Violation de Parite MAIS ON REMARQUE QUE CP EST CONSERVEE

34 Sourpise : CP est aussi Violée Violation tres faible Remarquee dans les kaons Explique la raison de la preponderance de la matiere sur lantimatiere dans lunivers…..


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