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1.3. D'autres particules
La portée caractéristique del' interaction forte dans le noyau est del' ordre du fermi
(1015 m, taille du noyau). La masse du vecteur doit alors être de l'ordre de la centaine de Me V. Il existe effectivement trois particules, les pions, qui sont des bosons
de masse mn ~ 140 MeV correspondant au boson prédit par Yukawa. Nous discuterons par la suite du fait que ce pion n'est pas le véritable équivalent du photon pour
l'interaction forte.
Pour 1' interaction faible, la durée de vie de certaines paiticules appelées hypérons,
qui ne peuvent se désintégrer que par interaction faible (voir chapitre 7), donne une
indication de la masse du vecteur de l'interaction faible. Cette durée de vie est de
l'ordre de 1012 s, soit une masse de l'ordre de la centaine de GeV. C'est effectivement la masse des bosons w+, w- et Z qui véhiculent l'interaction faible.
1.3.2 Antiparticules
L'équation relativiste de Klein-Gordon, décrite au paragraphe précédent, découle
d'une relation quadratique entre énergie, masse et impulsion. De ce fait, la résolu-+
tion de cette équation conduit à deux types de solutions en onde plane d'impulsion k
de la forme:
(l.12)
avec des énergies positive et négative respectivement. Les solutions d'énergie négative n'ont a priori aucun sens physique. Ce résultat avait été dérivé par Erwin
Schrodinger, qui n'avait alors publié que l'équation non relativiste qui porte son nom.
Paul Dirac apporta une solution à ce problème en interprétant ces solutions négatives
comme des antiparticules. L'astuce mathématique consiste à absorber le signe "-"
du -wkt dans le temps plutôt que dans Wk. Ainsi une antiparticule est équivalente à
une particule qui remonte le temps, avec une énergie positive. Une antiparticule possède la même masse et le même spin que la particule correspondante, mais tous ses
nombres quantiques additifs ou charges sont inversés.
1.3.3 Rayons cosmiques
À ce stade de notre exposé, il est utile de faire un petit historique de la découverte
des premières paiticules. L'électron fut la première particule subatomjque observée
par Thompson en 1897. Suivirent le proton (1912) puis le neutron (Chadwick, 1932).
L'observation de particules ne composant pas la matière ordinaire s'avérera plus délicate. Nous verrons par la suite que pour fabriquer de telles particules il faut réaliser
des collisions mettant en jeu une énergie cinétique au moins égale à l'énergie de
masse (E = mc 2 ) de la particule à produire. De telles collisions sont réalisées naturellement par le rayonnement cosmique. En 1912, à l'aide d'un ballon, Victor Hess
démontra que l'ionisation de l'atmosphère augmentait avec l'altitude. Il en conclut
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La portée caractéristique del' interaction forte dans le noyau est del' ordre du fermi
(1015 m, taille du noyau). La masse du vecteur doit alors être de l'ordre de la centaine de Me V. Il existe effectivement trois particules, les pions, qui sont des bosons
de masse mn ~ 140 MeV correspondant au boson prédit par Yukawa. Nous discuterons par la suite du fait que ce pion n'est pas le véritable équivalent du photon pour
l'interaction forte.
Pour 1' interaction faible, la durée de vie de certaines paiticules appelées hypérons,
qui ne peuvent se désintégrer que par interaction faible (voir chapitre 7), donne une
indication de la masse du vecteur de l'interaction faible. Cette durée de vie est de
l'ordre de 1012 s, soit une masse de l'ordre de la centaine de GeV. C'est effectivement la masse des bosons w+, w- et Z qui véhiculent l'interaction faible.
1.3.2 Antiparticules
L'équation relativiste de Klein-Gordon, décrite au paragraphe précédent, découle
d'une relation quadratique entre énergie, masse et impulsion. De ce fait, la résolu-+
tion de cette équation conduit à deux types de solutions en onde plane d'impulsion k
de la forme:
(l.12)
avec des énergies positive et négative respectivement. Les solutions d'énergie négative n'ont a priori aucun sens physique. Ce résultat avait été dérivé par Erwin
Schrodinger, qui n'avait alors publié que l'équation non relativiste qui porte son nom.
Paul Dirac apporta une solution à ce problème en interprétant ces solutions négatives
comme des antiparticules. L'astuce mathématique consiste à absorber le signe "-"
du -wkt dans le temps plutôt que dans Wk. Ainsi une antiparticule est équivalente à
une particule qui remonte le temps, avec une énergie positive. Une antiparticule possède la même masse et le même spin que la particule correspondante, mais tous ses
nombres quantiques additifs ou charges sont inversés.
1.3.3 Rayons cosmiques
À ce stade de notre exposé, il est utile de faire un petit historique de la découverte
des premières paiticules. L'électron fut la première particule subatomjque observée
par Thompson en 1897. Suivirent le proton (1912) puis le neutron (Chadwick, 1932).
L'observation de particules ne composant pas la matière ordinaire s'avérera plus délicate. Nous verrons par la suite que pour fabriquer de telles particules il faut réaliser
des collisions mettant en jeu une énergie cinétique au moins égale à l'énergie de
masse (E = mc 2 ) de la particule à produire. De telles collisions sont réalisées naturellement par le rayonnement cosmique. En 1912, à l'aide d'un ballon, Victor Hess
démontra que l'ionisation de l'atmosphère augmentait avec l'altitude. Il en conclut
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