Language
Country/Area
No result found
Le monde merveilleux des particules élémentaires : notre univers ne compte-t-il vraiment que 61 types de particules ?
La physique des particules est l'étude des particules élémentaires qui composent la matière et le rayonnement ainsi que de leurs interactions. Ce domaine comprend l'étude non seulement des particules élémentaires, mais aussi de la matière composée de particules élémentaires, comme les protons et les neutrons. Selon le modèle standard, les particules fondamentales de l'univers sont divisées en fermions (particules de matière) et bosons (particules qui transmettent la force). Bien qu'il existe trois générations de fermions dans l'univers, la matière ordinaire avec laquelle nous sommes en contact chaque jour n'est composée que de la première génération de fermions, à savoir les quarks up et les quarks down, les électrons et les neutrinos électroniques.
Il existe des interactions complexes entre les particules élémentaires, médiées par les bosons, notamment la force électromagnétique, la force faible et la force forte.
Fait intéressant, les quarks ne peuvent pas exister indépendamment, mais existent sous forme de hadrons ; les particules avec un nombre impair de quarks dans les hadrons sont appelées baryons, tandis que celles avec un nombre pair sont appelées mésons. Les protons et les neutrons sont composés principalement de baryons, qui constituent la grande majorité de notre matière quotidienne. Comparés aux protons et aux neutrons, les mésons sont instables et n’existent que pendant quelques microsecondes.
À chaque particule correspond une antiparticule, qui a la même masse que la particule mais des charges opposées. Par exemple, l'antiparticule de l'électron est le positon. Cela signifie que l’existence d’antiparticules et d’antimatière est théoriquement possible.
Des recherches pertinentes montrent que les interactions entre particules et antiparticules peuvent conduire à leur annihilation et à leur transformation en d'autres particules, ce qui confirme encore davantage la complexité de la matière.
Pour certaines particules, comme les photons, ce sont leurs propres antiparticules. Ces particules élémentaires sont en réalité des états excités de champs quantiques, responsables des interactions entre particules. Le Modèle Standard est la théorie dominante qui explique ces particules élémentaires et leurs interactions. Comment intégrer la gravité aux théories existantes de la physique des particules reste un problème non résolu. De nombreuses théories, telles que la gravité quantique en boucle, la théorie des cordes et la théorie de la supersymétrie, ont été proposées pour résoudre ce problème.
Contexte historique
L'idée selon laquelle la matière est composée de particules élémentaires remonte au 6ème siècle avant JC. Au XIXe siècle, John Dalton, grâce à ses travaux sur la stœchiométrie, concluait que chaque élément de la nature est composé d'un seul type de particule. Des recherches ultérieures ont montré que les atomes ne sont pas les particules les plus fondamentales de la matière, mais sont composés de particules plus petites telles que les électrons.
Après le début du 20e siècle, l'exploration de la physique nucléaire et de la physique quantique a conduit à la découverte des phénomènes de fission nucléaire et de fusion nucléaire en 1939, qui ont non seulement déclenché le développement d'armes nucléaires, mais ont également favorisé le développement de la physique des particules moderne. .
Tout au long des années 1950 et 1960, diverses particules ont été découvertes lors de collisions à haute énergie. Ce phénomène, connu sous le nom de « zoo de particules », a incité les physiciens à réfléchir à de nouveaux problèmes liés au déséquilibre entre la matière et l'antimatière.
Après la proposition du modèle standard, les physiciens ont révélé que ce « zoo de particules » hospitalisé était formé par la combinaison d'une poignée de particules élémentaires, marquant le début de la physique des particules moderne.
Présentation du modèle standard
La classification actuelle de toutes les particules élémentaires s'explique principalement par le modèle standard, qui a été largement accepté et confirmé expérimentalement au milieu des années 1970. Le modèle standard décrit trois interactions fondamentales, forte, faible et électromagnétique, et utilise des bosons médiateurs pour les expliquer, notamment les huit gluons, les bosons W−, W+ et Z, ainsi que les photons. Le modèle standard comprend également 24 fermions de base (12 types de particules et leurs antiparticules), qui constituent les composants de base de toute matière.
Le modèle standard prédit également l'existence du boson de Higgs. Le 4 juillet 2012, les physiciens du Grand collisionneur de hadrons du CERN ont annoncé avoir découvert une nouvelle particule se comportant comme le boson de Higgs. Le modèle standard actuel compte 61 particules élémentaires qui peuvent se combiner pour former des particules composites, ce qui explique des centaines d'autres particules découvertes depuis les années 1960.
Bien que le modèle standard montre un haut degré de cohérence dans presque tous les tests expérimentaux, la plupart des physiciens des particules pensent que sa description de la nature est incomplète et attendent la découverte d'une théorie plus approfondie. La récente mesure de la masse des neutrinos a déclenché pour la première fois un écart par rapport au modèle standard, car les neutrinos n'ont pas de masse dans le modèle standard.
Perspectives futures
Les principaux efforts futurs incluent la recherche de phénomènes physiques au-delà du modèle standard, tels que le futur collisionneur circulaire proposé par le CERN, et les recommandations du groupe américain de priorisation du programme de physique des particules (P5), qui mettra à jour le rapport d'étude P5 de 2014 et a recommandé plusieurs projets expérimentaux tels que l'expérience sur les neutrinos souterrains profonds.
Les interactions entre diverses particules rendent notre univers plein d'inconnues et de surprises. Combien de particules et d'interactions non découvertes sont cachées dans ce monde infiniment profond de particules ?
