Thierry Stolarczyk
Chasseur de particules cosmiques
Une interaction dans le détecteur CMS (LHC, Cern) montrant les traces laissées par des particules dans une configuration attendue de la désintégration d'un boson de Higgs. ((c) CMS collaboration, 2013. en savoir plus (en anglais).)
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| Enrico Fermi (1901 - 1954) |
Wolfgang Pauli (1900-1958) |
Fermions : quark et leptons
La physique des particules décrit la matière à partir de 12 briques élémentaires : 6 quarks (du nom de personnages dans une nouvelle de James Joyce) et 6 leptons (du grec leptos, léger).Ces 12 particules sont des fermions, du nom du physicien italien Enrico Fermi. Elles obéissent au principe d'exclusion de Wolfgang Pauli qui stipule que deux fermions dans un état identique ne peuvent se trouver au même endroit.
Les quarks et les leptons se subdivisent chacun en trois familles, ou saveurs, dont seule la première est présente dans la matière ordinaire. Les autres quarks et leptons sont produits dans les accélérateurs de particules ou dans le rayonnement cosmique.
Les quarks et les leptons sont représentées de façon imagée ci-dessous.
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Il existe trois paires de leptons qui forment 3 familles avec des saveurs distinctes :
(e, νe), electron, neutrino-electron;
(μ, νμ), muon, neutrino-muon;
(τ, ντ), tau, neutrino-tau.
Seule la première famille est présente dans la matière ordinaire : les électrons gravitent autour des protons et des neutrons du noyau. Le νe est émis lors des désintégration β. Le neutrino a longtemps été la particule élémentaire la plus mystérieuse. Une particularité fondamentale des leptons est que lors d'une interaction la saveur est respectée (c'est-à-dire qu'un e ne peut être associé qu'à un νe, pas à un νμ ou à un ντ). |
Les leptons
Les leptons. Chaque colonne représente une famille (ou saveur). |
Les quarks
Les quarks. Chaque colonne représente une famille (ou saveur). |
Il existe 6 quarks notés (u, d, c, s, b, t) qui, appariés 2 à 2, forment 3 familles. Seuls les quarks u et d (première famille) sont présents dans la matière ordinaire : ils forment les protons (u+u+d) et les neutrons (u+d+d). |
Satyendranath Bose
(1894-1074)
Les bosons véhiculent les forces
Les bosons, du nom du physicien indien Bose, qui postula pour la première fois l'existence de ce type de particules, peuvent, au contraire des fermions, se trouver au même endroit dans le même état. C'est ce qui permet le fonctionnement du laser : le faisceau est constitué de photons, des bosons, dans le même état (c'est-à-dire possédant la même longueur d'onde, au même endroit).Dans le modèle standard de la physique des particules, les 12 particules de matière, leptons et quarks, interagissent entre elles elles par l'intermédiaire de bosons vecteurs.
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Le photon porte la force électromagnetique ; Un photon n'est pas une particule ordinaire de matière comme l'électron bien qu'elle fasse partie de notre quoitidien. |
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Les bosons appelés W+, W- et Zo véhiculent l'interaction faible (responsable de la radioactivité β et de la faiblesse de l'interaction des neutrinos dans la matière). |
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Les gluons (il y en a 8 au total) portent l'interaction forte (responsable de la cohésion du noyau). |
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Le graviton porte la force gravitationnelle (La particule n'a pas été détectée mais les ondes gravitationnelles ont été découvertes en 2015). |
Dessins : © Th.Stolarczyk-1994
Le boson de Higgs
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Cette particule a été récemment découverte au LHC (CERN). Elle joue un rôle fondamental dans le modèle standard puisqu'elle donne leur masse à toutes les autres particules. |
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