Le monde des particules. « What I am going to tell you about is what we teach our physics students in the third or fourth year of graduate school... It.

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1 Le monde des particules

2 « What I am going to tell you about is what we teach our physics students in the third or fourth year of graduate school... It is my task to convince you not to turn away because you don't understand it. You see my physics students don't understand it... That is because I don't understand it. Nobody does. » Richard P. Feynman, The Strange Theory of Light and Matter

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…

4 1. Plongée au cœur de la matière

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

6 Indivisible?

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

8 L'atome 10 -10 m

9 Structure de l’atome L'électron Le noyau : 10 -14 m

10 Strucure du noyau Proton Neutron 10 -15 m

11 Structure des nucléons Proton : 2 quarks up 1 quark down Neutron : 1 quark up 2 quarks down

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

13 Interactions fondamentales Interaction : Echange d’énergie et de quantité de mouvement entre deux fermions via un mediateur (boson de jauge)

14 L'interaction électromagnétique - + Le photon γ M γ = 0 Nombre quantique = Charge Conservation

15 L'interaction forte Les gluons g M g = 0 Nombre quantique=Couleur Les interactions à courte porté

16 L'interaction forte Les nucléons sont blancs 00 +-+- +-+- Les dipoles npnp Les hadrons sont blancs => courte porté Confinement

17 Désintégration β Neutre & Blanc du e-e- νeνe

18 L'interaction faible Au niveau fondamental : Echange de W -, W + et Z 0 1) Portée limitée par la masse des bosons de jauge 2) Leptons et quarks forment des doublets νeνe ud e-e- W+W+ νeνe dd νeνe Z0Z0

19 2. Encore plus... de particules

20 Particules et antiparticules A toute particule est associée une antiparticule Masse, temps de vie,... Nombres quantiques opposés

21 Créer des particules Relativité restreinte Energie de masse E=mc 2

22

23 Les unités de la physique des particules Remarque : –L’unité d’énergie en physique des particules est l’électron-volt: 1 eV = 1,6.10 -19 J –On utilise également le KeV, le MeV, le GeV et le TeV –100 TeV = Energie dépensée par un moustique pour s’élever de 1m!

24 3. Le problème de la masse

25 Le boson de Higgs Symétrie des interations faibles W, Z, fermions sont de masse nulle Brisure de la symétrie Mais spontanée...

26 Hiérarchie m e = 0.511MeV m t = 172GeV

27 4. Perspectives…

28 Les mystères non résolus Pourquoi les particules d’une même « famille » ont-elles des masses si différentes ? Pourquoi existe-t-il trois « générations » dans chaque « famille » ? Les trois interactions fondamentales sont-elles réellement différentes ? S’unifient-elles à très haute énergie ? Comment inclure la gravitation dans ce schéma ?

29 … et bien d’autres questions qui attendent les générations de physiciens à venir !!!