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Le monde des particules
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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…
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1. Plongée au cœur de la matière
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La quête du fondamental Depuis la nuit des temps, l'homme cherche à appréhender les briques « fondamentales » de son univers
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La quête du fondamental Depuis la nuit des temps, l'homme cherche à appréhender les briques « fondamentales » de son univers
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La quête du fondamental Depuis la nuit des temps, l'homme cherche à appréhender les briques « fondamentales » de son univers
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Indivisible?
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a) De quoi le monde est-il fait? Les Grecs : feu terre air quintescence eau Le tableau des éléments
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Les atomes : le monde quantique! 10 -10 m
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L'atome 10 -10 m Exemple : la largueur d'un cheveu contient un million d'atomes de carbone!
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Structure de latome L'électron Le noyau : 10 -14 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! 10 000 fois plus petit!
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Structure du noyau Proton Neutron 10 -15 m Nucléon = Proton ou Neutron. Attention ! M Proton < M Neutron M Proton =1800 M e
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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
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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
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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…
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b) Comment tout cela tient-il ensemble? L'interaction gravitationnelle Masse Les interactions à longue portée Interaction gravitationnelle
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b) Comment tout cela tient-il ensemble? Gravitation = courbure? Interaction gravitationnelle
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Interactions fondamentales Interaction : Echange dénergie et de quantité de mouvement entre deux fermions via un médiateur Fermion : « Matière » Boson : « Interaction »
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L'interaction électromagnétique - + Le photon γ M γ = 0 Charge électrique Interaction gravitationnelle Interaction électromagnétique
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L'interaction forte Les gluons g M g = 0 3 Charges de Couleur ! Les interactions à courte portée Interaction gravitationnelle Interaction forte Interaction électromagnétique
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L'interaction forte Les nucléons sont blancs ! 00 +-+- +-+- npnp Les hadrons sont blancs => courte portée Interaction gravitationnelle Interaction forte Interaction électromagnétique
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Désintégration β Neutre & Blanc Interaction gravitationnelle Interaction faible Interaction forte Interaction électromagnétique
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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
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4 interactions fondamentales! Interaction électromagnétique Interaction forte Interaction faible Et... la gravitation...
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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…
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2. Encore plus... de particules
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Particules et Antiparticules A toute particule est associée une antiparticule Masse, temps de vie,... Charge opposée Électron Positron Neutrino Anti-neutrino Quark Anti-quark...
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Les Hadrons : états liés de quarks Les Nucléons : 3 quarks
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Les Hadrons : états liés de quarks Les Nucléons : 3 quarks Fortement liés!
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Les Hadrons : états liés de quarks Les Nucléons : 3 quarks Fortement liés! Les Mésons : 2 quarks Pions, Kaons,... Exemples : Bleu - AntiBleu Rouge-AntiRouge
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Pas de quark libre!
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Créer des particules La Seule Formule! Relativité restreinte Energie de masse E=mc 2
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Les unités de la physique des particules Remarque : –Lunité dénergie en physique des particules est lélectron-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 sélever de 1m!
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Les particules fondamentales
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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…
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3. Le problème de la masse
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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!
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Le boson de Higgs Prédiction d'une nouvelle particule fondamentale! P. Higgs mais aussi G. Guralnik, C. Hagen, T. Kibble, F. Englert, R. Brout
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Phénomène de Higgs
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Origine de la masse!
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Particule de Higgs
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Le boson de Higgs est une excitation!
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Hiérarchie m e = 0.511MeV m t = 172GeV
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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…
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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 ?
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Les problèmes théoriques Pourquoi les quarks sont-ils confinés par 2 ou 3?
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Les problèmes théoriques Comment inclure la gravitation? Super Cordes? Boucles quantiques? Extra dimensions? Fausses pistes controverses...
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… et bien dautres questions qui attendent les générations de physiciens à venir !!!
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