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AU-DELÀ DU MODÈLE
STANDARD
Le modèle standard est une théorie quantique relativiste, formulée dans le cadre d'une
théorie quantique des champs, décrivant notre compréhension actuelle de la physique
des particules. Les interactions entre fermions élémentaires sont introduites en imposant l'invariance du lagrangien libre sous diverses classes de transformations : les
symétries de jauge. Enfin, il faut ajouter au modèle la brisure spontanée de la symétrie de 1' interaction faible pour conférer une masse aux bosons de jauge de cette
interaction (W± et Z) et aux fermions. Au final, ce modèle possède 19 paramètres
libres, qui doivent être mesurés :
• Les constantes de couplage des trois interactions : ŒEM, a w et a s.
• Les deux paramètres du potentiel de Higgs : mh, la masse du boson de Higgs et À.
le couplage quadrilinéaire.
• Les neuf couplages de Yukawa entre les fermions massifs (e-, µ -, T -, d, u, s, c,
b, t) et le champ de Higgs. Dans le modèle standard, les neutrinos ont une masse
nulle.
• Quatre paramètres pour décrire le mélange de saveurs des quarks par la matrice de
Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (trois angles et une phase).
• Une phase complexe, spécifique à l'interaction forte.
Le nombre de paramètres libres passe à 26 si on considère des neutrinos massifs (trois
masses et quatre paramètres pour la matrice de Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata).
Ce modèle a été construit dans les années 1960 et 1970 et n'a pas été mis en défaut
depuis. L' existence de pa1ticules comme le gluon, les bosons W± et Z, le quark top
ou plus récemment le boson de Higgs, toutes nécessaires à la validité du modèle, a
été confirmée expérimentalement depuis la fin des années 1970 et les paramètres du
modèle sont mesurés avec précision. À partir de ces paramètres, le modèle permet
de calculer, par l'approche perturbative, un grand nombre d' observables (sections
efficaces, rapports d'embranchement, évolution des constantes de couplage, ... ) qui
présentent toutes un accord satisfaisant entre théorie et expérience.
En dépit de ces succès, il existe plusieurs arguments pour justifier que ce modèle
n'est pas la théorie ultime mais un modèle effectif valide aux échelles d'énergies
accessibles en laboratoire. Ces arguments sont de différentes natures.
Arguments théoriques : la renormalisation impose une évolution des constantes de
couplage avec l'énergie. Dans le cas d'un champ vectoriel, ces corrections sont logarithmiques (voir équation (6.53)), mais pour un champ scalaire il apparaît également
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Le modèle standard est une théorie quantique relativiste, formulée dans le cadre d'une
théorie quantique des champs, décrivant notre compréhension actuelle de la physique
des particules. Les interactions entre fermions élémentaires sont introduites en imposant l'invariance du lagrangien libre sous diverses classes de transformations : les
symétries de jauge. Enfin, il faut ajouter au modèle la brisure spontanée de la symétrie de 1' interaction faible pour conférer une masse aux bosons de jauge de cette
interaction (W± et Z) et aux fermions. Au final, ce modèle possède 19 paramètres
libres, qui doivent être mesurés :
• Les constantes de couplage des trois interactions : ŒEM, a w et a s.
• Les deux paramètres du potentiel de Higgs : mh, la masse du boson de Higgs et À.
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• Les neuf couplages de Yukawa entre les fermions massifs (e-, µ -, T -, d, u, s, c,
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nulle.
• Quatre paramètres pour décrire le mélange de saveurs des quarks par la matrice de
Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (trois angles et une phase).
• Une phase complexe, spécifique à l'interaction forte.
Le nombre de paramètres libres passe à 26 si on considère des neutrinos massifs (trois
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Ce modèle a été construit dans les années 1960 et 1970 et n'a pas été mis en défaut
depuis. L' existence de pa1ticules comme le gluon, les bosons W± et Z, le quark top
ou plus récemment le boson de Higgs, toutes nécessaires à la validité du modèle, a
été confirmée expérimentalement depuis la fin des années 1970 et les paramètres du
modèle sont mesurés avec précision. À partir de ces paramètres, le modèle permet
de calculer, par l'approche perturbative, un grand nombre d' observables (sections
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présentent toutes un accord satisfaisant entre théorie et expérience.
En dépit de ces succès, il existe plusieurs arguments pour justifier que ce modèle
n'est pas la théorie ultime mais un modèle effectif valide aux échelles d'énergies
accessibles en laboratoire. Ces arguments sont de différentes natures.
Arguments théoriques : la renormalisation impose une évolution des constantes de
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