Le monde des particules

Plan 1. Plongée au cœur de la matière a) De quoi le monde est-il fait? Les particules b) Comment tout cela tient-il ensemble? Les interactions 2. Encore plus...de particules 3. Le problème de la masse 4. Perspectives…

1. Plongée au cœur de la matière

La quête du fondamental Depuis la nuit des temps, l'homme cherche à appréhender les briques « fondamentales » de son univers

La quête du fondamental Depuis la nuit des temps, l'homme cherche à appréhender les briques « fondamentales » de son univers

La quête du fondamental Depuis la nuit des temps, l'homme cherche à appréhender les briques « fondamentales » de son univers

Indivisible?

a) De quoi le monde est-il fait? Les Grecs : feu terre air quintescence eau Le tableau des éléments

Les atomes : le monde quantique! m

L'atome m Exemple : la largueur d'un cheveu contient un million d'atomes de carbone!

Structure de latome L'électron Le noyau : m Ordre de grandeur : Si le noyau avait la taille d'une balle de tennis le premier électron se trouverait à 6 km!! Petit mais Massif! fois plus petit!

Structure du noyau Proton Neutron m Nucléon = Proton ou Neutron. Attention ! M Proton < M Neutron M Proton =1800 M e

Structure des nucléons Proton : 2 quarks up 1 quark down Neutron : 1 quark up 2 quarks down Attention ! M u =2 M d M u =2 M e

Structure des nucléons Attention ! Ici, la masse des quarks est une faible proportion de la masse du nucléon. La masse des nucléons est essentiellement due à l'interaction forte!! Particules ponctuelles! Charges fractionnaires! Up : +2/3 Down =: -1/3

Plan 1. Plongée au cœur de la matière a) De quoi le monde est-il fait? Les particules b) Comment tout cela tient-il ensemble? Les interactions 2. Encore plus...de particules 3. Le problème de la masse 4. Perspectives…

b) Comment tout cela tient-il ensemble? L'interaction gravitationnelle Masse Les interactions à longue portée Interaction gravitationnelle

b) Comment tout cela tient-il ensemble? Gravitation = courbure? Interaction gravitationnelle

Interactions fondamentales Interaction : Echange dénergie et de quantité de mouvement entre deux fermions via un médiateur Fermion : « Matière » Boson : « Interaction »

L'interaction électromagnétique - + Le photon γ M γ = 0 Charge électrique Interaction gravitationnelle Interaction électromagnétique

L'interaction forte Les gluons g M g = 0 3 Charges de Couleur ! Les interactions à courte portée Interaction gravitationnelle Interaction forte Interaction électromagnétique

L'interaction forte Les nucléons sont blancs ! npnp Les hadrons sont blancs => courte portée Interaction gravitationnelle Interaction forte Interaction électromagnétique

Désintégration β Neutre & Blanc Interaction gravitationnelle Interaction faible Interaction forte Interaction électromagnétique

L'interaction faible Au niveau fondamental : Echange de W -, W + et Z 0 Portée limitée par la masse des bosons. νeνe ud e-e- W+W+ νeνe dd νeνe Z0Z0 Interaction gravitationnelle Interaction faible Interaction forte Interaction électromagnétique

4 interactions fondamentales! Interaction électromagnétique Interaction forte Interaction faible Et... la gravitation...

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2. Encore plus... de particules

Particules et Antiparticules A toute particule est associée une antiparticule Masse, temps de vie,... Charge opposée Électron Positron Neutrino Anti-neutrino Quark Anti-quark...

Les Hadrons : états liés de quarks Les Nucléons : 3 quarks

Les Hadrons : états liés de quarks Les Nucléons : 3 quarks Fortement liés!

Les Hadrons : états liés de quarks Les Nucléons : 3 quarks Fortement liés! Les Mésons : 2 quarks Pions, Kaons,... Exemples : Bleu - AntiBleu Rouge-AntiRouge

Pas de quark libre!

Créer des particules La Seule Formule! Relativité restreinte Energie de masse E=mc 2

Les unités de la physique des particules Remarque : –Lunité dénergie en physique des particules est lélectron-volt: 1 eV = 1, J –On utilise également le KeV, le MeV, le GeV et le TeV –100 TeV = Energie dépensée par un moustique pour sélever de 1m!

Les particules fondamentales

Plan 1. Plongée au cœur de la matière a) De quoi le monde est-il fait? Les particules b) Comment tout cela tient-il ensemble? Les interactions 2. Encore plus...de particules 3. Le problème de la masse 4. Perspectives…

3. Le problème de la masse

Le boson de Higgs Symétrie des interactions faibles W, Z, fermions sont de masse nulle Brisure de la symétrie Mais spontanée... Principe de Symétrie Photon et Gluons de masse nulle!

Le boson de Higgs Prédiction d'une nouvelle particule fondamentale! P. Higgs mais aussi G. Guralnik, C. Hagen, T. Kibble, F. Englert, R. Brout

Phénomène de Higgs

Origine de la masse!

Particule de Higgs

Le boson de Higgs est une excitation!

Hiérarchie m e = 0.511MeV m t = 172GeV

Plan 1. Plongée au cœur de la matière a) De quoi le monde est-il fait? Les particules b) Comment tout cela tient-il ensemble? Les interactions 2. Encore plus...de particules 3. Le problème de la masse 4. Perspectives…

Les mystères non résolus Pourquoi les particules dune même « famille » ont-elles des masses si différentes ? Les trois interactions fondamentales sont-elles réellement différentes ? Sunifient-elles à très haute énergie ?

Les problèmes théoriques Pourquoi les quarks sont-ils confinés par 2 ou 3?

Les problèmes théoriques Comment inclure la gravitation? Super Cordes? Boucles quantiques? Extra dimensions? Fausses pistes controverses...

… et bien dautres questions qui attendent les générations de physiciens à venir !!!