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Chapitre 1 • Particules et interactions
10
Ni 1' interaction électromagnétique, ni 1' interaction forte ne sont susceptibles de changer la nature des particules. Il faut donc imaginer une troisième interaction, l'interaction nucléaire faible, qui n'a pas d'influence à longue distance. Selon le modèle de
Yukawa, ceci est possible avec des vecteurs massifs, les bosons w+ et w-.
En plus de ces nouveaux bosons, il faut également considérer un fermion supplémentaire pour expliquer les désintégrations f3. Dans une désintégration à deux
corps, l'électron doit être monoénergétique du fait de la conservation de la l'énergie
et de l'impulsion. Or c'est un spectre continu en énergie qui est mesuré, allant de
0 à l'énergie attendue pour une désintégration à deux corps. Ceci est caractéristique
d'une désintégration à trois corps, avec une troisième particule de masse nulle (ou
négligeable devant la masse de l'électron). La conservation de la charge électrique
impose que cette troisième particule soit neutre. Puisqu'elle n'est pas détectée, cette
particule n'interagit pas par interaction forte, mais uniquement par interaction faible.
On ajoute donc un neutrino dans la désintégration 13+ et un antineutrino pour 13-. Ce
sont les caractéristiques du neutrino proposé par Wolfgang Pauli en 1933. La désintégration f3 devient alors :
/3
+ . AX
A y .+
· z ~ Z- 1 + e + Ve'
/3 - AX A y - -
: z ~ Z+ I + e +Ve ·
Au niveau fondamental, l'échange d'un boson W± transforme:
- w+
Ve ~ e
.
On parle d'interaction faible par courants chargés, puisque les bosons W± portent une
charge électrique.
Pour décrire l'interaction faible dans un formalisme similaire à l'interaction électromagnétique ou à l'interaction forte, il est nécessaire d'introduire un troisième boson faible massif, de charge électrique nulle, le Z. On parle alors d'interaction par
courants neutres, qui fut mis en évidence en 1973 par l'observation de la diffusion
d'un neutrino sur un électron Ve + e- ~ Ve + e- dans la chambre à bulles Gargamelle
au CERN, près de Genève.
1.4 LE MODÈLE STANDARD
Le modèle standard de la physique des particules est un modèle théorique décrivant
1' interaction entre différents fermions par 1' échange de bosons médiateurs des interactions électromagnétique, faible et forte. Ce modèle repose sur le formalisme de
la théorie quantique des champs. Les interactions entre fermions sont introduites au
moyen de l'invariance de jauge locale en imposant des symétries particulières aux
équations du mouvement. La masse des particules résulte d'un mécanisme de brisure d'une partie des ces symétries : le mécanisme de Higgs. Les chapitres 3 à 6
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Chapitre 1 • Particules et interactions
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Ni 1' interaction électromagnétique, ni 1' interaction forte ne sont susceptibles de changer la nature des particules. Il faut donc imaginer une troisième interaction, l'interaction nucléaire faible, qui n'a pas d'influence à longue distance. Selon le modèle de
Yukawa, ceci est possible avec des vecteurs massifs, les bosons w+ et w-.
En plus de ces nouveaux bosons, il faut également considérer un fermion supplémentaire pour expliquer les désintégrations f3. Dans une désintégration à deux
corps, l'électron doit être monoénergétique du fait de la conservation de la l'énergie
et de l'impulsion. Or c'est un spectre continu en énergie qui est mesuré, allant de
0 à l'énergie attendue pour une désintégration à deux corps. Ceci est caractéristique
d'une désintégration à trois corps, avec une troisième particule de masse nulle (ou
négligeable devant la masse de l'électron). La conservation de la charge électrique
impose que cette troisième particule soit neutre. Puisqu'elle n'est pas détectée, cette
particule n'interagit pas par interaction forte, mais uniquement par interaction faible.
On ajoute donc un neutrino dans la désintégration 13+ et un antineutrino pour 13-. Ce
sont les caractéristiques du neutrino proposé par Wolfgang Pauli en 1933. La désintégration f3 devient alors :
/3
+ . AX
A y .+
· z ~ Z- 1 + e + Ve'
/3 - AX A y - -
: z ~ Z+ I + e +Ve ·
Au niveau fondamental, l'échange d'un boson W± transforme:
- w+
Ve ~ e
.
On parle d'interaction faible par courants chargés, puisque les bosons W± portent une
charge électrique.
Pour décrire l'interaction faible dans un formalisme similaire à l'interaction électromagnétique ou à l'interaction forte, il est nécessaire d'introduire un troisième boson faible massif, de charge électrique nulle, le Z. On parle alors d'interaction par
courants neutres, qui fut mis en évidence en 1973 par l'observation de la diffusion
d'un neutrino sur un électron Ve + e- ~ Ve + e- dans la chambre à bulles Gargamelle
au CERN, près de Genève.
1.4 LE MODÈLE STANDARD
Le modèle standard de la physique des particules est un modèle théorique décrivant
1' interaction entre différents fermions par 1' échange de bosons médiateurs des interactions électromagnétique, faible et forte. Ce modèle repose sur le formalisme de
la théorie quantique des champs. Les interactions entre fermions sont introduites au
moyen de l'invariance de jauge locale en imposant des symétries particulières aux
équations du mouvement. La masse des particules résulte d'un mécanisme de brisure d'une partie des ces symétries : le mécanisme de Higgs. Les chapitres 3 à 6