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Physique des particules
des termes quadratiques qui divergent rapidement. Le mécanisme de Higgs nécessite
un ajustement ad hoc des paramètres pour assurer la compensation de ces corrections
radiatives sur les couplages (et donc la masse) du boson de Higgs.
Par ailleurs, le modèle standard n'inclut pas la gravitation et reste incompatible
avec la relativité générale.
Arguments cosmologiques: l' étude de la composition de l'univers montre que seul
4% du contenu en énergie de l' univers est composé de particules du modèle standard. Environ 23% de ce contenu est composé de matière massive (interaction gravitationnelle) mais invisible (ni interaction électromagnétique, ni interaction forte).
Or il n'existe pas dans le modèle standard de particule massive, stable, interagissant
très faiblement (le neutrino est exclu par d' autres arguments). Il doit alors exister au
moins une particule stable supplémentaire pour justifier cette matière noire.
Les 72% restants sont de nature indéterminée et portent le nom générique d' énergie
noire que rien dans le modèle standard ne peut expliquer.
Finalement, la fraction de l'univers formée de particules standard semble n' être
composée très majoritairement que de fermions alors que les interactions du modèle
standard impliquent toujours fermions et antifermions, soit autant de matière que
d'antimatière. De fait, le modèle standard autorise une faible asymétrie entre matière
et antimatière, mais insuffisante pour justifier le déséquilibre observé.
Arguments esthétiques, qui n' ont pas de réelle motivation autre que rendre la théorie plus compacte et homogène : les constantes de couplage des trois interactions
fo1te, faible et électromagnétique semblent converger vers une énergie de l'ordre
de 10
15 Ge V, mais la convergence n'est pas parfaite (voir figure 6.14). La présence
d'autres particules contribuant à des énergies plus élevées pourrait modifier la pente
des différents couplages et améliorer la convergence.
De plus, le nombre de paramètres du modèle peut paraître excessif, en particulier
toutes les masses sont des paramètres libres. De même, le nombre de familles de
fermions n' est pas contraint par le modèle. Ces deux aspects suggèrent l'existence
d'une structure sous-jacente.
Il existe de multiples pistes pour étendre le modèle standard et résoudre tout ou
partie des problèmes inhérents à ce dernier. Toutes prédisent l'existence de nouvelles
particules (bosons ou fermions) dont aucune n' a été observée expérimentalement.
Nous allons en exposer trois, en détaillant un peu plus les modèles de dimensions
supplémentaires.
La supersymétrie est une forme de symétrie qui transforme un boson en fermion
et inversement. Le nombre de particules est ainsi doublé en associant à chaque fermion du modèle standard un boson scalaire et à chaque boson un fe rmion de spin 4.
Ces modèles nécessitent un mécanisme de brisure de la symétrie électrofaible plus
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des termes quadratiques qui divergent rapidement. Le mécanisme de Higgs nécessite
un ajustement ad hoc des paramètres pour assurer la compensation de ces corrections
radiatives sur les couplages (et donc la masse) du boson de Higgs.
Par ailleurs, le modèle standard n'inclut pas la gravitation et reste incompatible
avec la relativité générale.
Arguments cosmologiques: l' étude de la composition de l'univers montre que seul
4% du contenu en énergie de l' univers est composé de particules du modèle standard. Environ 23% de ce contenu est composé de matière massive (interaction gravitationnelle) mais invisible (ni interaction électromagnétique, ni interaction forte).
Or il n'existe pas dans le modèle standard de particule massive, stable, interagissant
très faiblement (le neutrino est exclu par d' autres arguments). Il doit alors exister au
moins une particule stable supplémentaire pour justifier cette matière noire.
Les 72% restants sont de nature indéterminée et portent le nom générique d' énergie
noire que rien dans le modèle standard ne peut expliquer.
Finalement, la fraction de l'univers formée de particules standard semble n' être
composée très majoritairement que de fermions alors que les interactions du modèle
standard impliquent toujours fermions et antifermions, soit autant de matière que
d'antimatière. De fait, le modèle standard autorise une faible asymétrie entre matière
et antimatière, mais insuffisante pour justifier le déséquilibre observé.
Arguments esthétiques, qui n' ont pas de réelle motivation autre que rendre la théorie plus compacte et homogène : les constantes de couplage des trois interactions
fo1te, faible et électromagnétique semblent converger vers une énergie de l'ordre
de 10
15 Ge V, mais la convergence n'est pas parfaite (voir figure 6.14). La présence
d'autres particules contribuant à des énergies plus élevées pourrait modifier la pente
des différents couplages et améliorer la convergence.
De plus, le nombre de paramètres du modèle peut paraître excessif, en particulier
toutes les masses sont des paramètres libres. De même, le nombre de familles de
fermions n' est pas contraint par le modèle. Ces deux aspects suggèrent l'existence
d'une structure sous-jacente.
Il existe de multiples pistes pour étendre le modèle standard et résoudre tout ou
partie des problèmes inhérents à ce dernier. Toutes prédisent l'existence de nouvelles
particules (bosons ou fermions) dont aucune n' a été observée expérimentalement.
Nous allons en exposer trois, en détaillant un peu plus les modèles de dimensions
supplémentaires.
La supersymétrie est une forme de symétrie qui transforme un boson en fermion
et inversement. Le nombre de particules est ainsi doublé en associant à chaque fermion du modèle standard un boson scalaire et à chaque boson un fe rmion de spin 4.
Ces modèles nécessitent un mécanisme de brisure de la symétrie électrofaible plus
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