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0
c
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T"-f
0
N
@
Chapitre 5 • Champs en interaction
soit huit termes qui décrivent 1es huit ve1tex élémentaires de l'interaction électromagnétique. Par exemple, le terme b+ ab traduit l'annihilation d'un électron, l'annihilation d'un photon et la création d'un nouvel électron, soit l'absorption d'un photon
par un électron. Les huit vertex sont explicités sur la figure 5.1. Ces vertex sont cinématiquement interdits car ils violent la conservation de la quadri-impu1sion. On
verra néanmoins par la suite qu'ils peuvent être combinés pour décrire des processus
physiques.
b
1 ab
b
1 a
1 b
Figure 5.1 - Interactions électromagétiques élémentaires entre électron, positron
et photon.
Nous venons de voir comment, à partir du lagrangien d'un fermion libre, nous pouvions construire une théorie décrivant les interactions entre fermions par l'échange
d'un boson vecteur de masse nulle. Cette approche consiste à imposer l'invariance
sous une symétrie locale, dite symétrie de jauge. Nous avons détaillé le cas le plus
simple d'un déphasage local du champ, qui conduit à l'interaction électromagnétique.
Des symétries plus complexes peuvent être utilisées ; elles conduisent à l'apparition
de plusieurs bosons de jauge et permettent de décrire les interactions faible et forte.
Dans tous les cas, le concept global reste le même.
t
5.2 BRISURE SPONTANÉE DE SYMÉTRIE
ï::::
>8
5.2. l Mécanisme de Higgs
64
On a déjà montré lors de l'étude du champ vectoriel qu'un terme de masse pour le
champ vectoriel n'était pas invariant de jauge. Les bosons vecteurs doivent donc être
de masse nulle. Expérimentalement, c'est le cas pour le photon et vraisemblablement
pour le gluon de l'interaction forte. En revanche, la courte portée de l'interaction
faible ne peut s'expliquer qu'à l'aide de bosons massifs. De fait, on sait aujourd'hui
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Chapitre 5 • Champs en interaction
soit huit termes qui décrivent 1es huit ve1tex élémentaires de l'interaction électromagnétique. Par exemple, le terme b+ ab traduit l'annihilation d'un électron, l'annihilation d'un photon et la création d'un nouvel électron, soit l'absorption d'un photon
par un électron. Les huit vertex sont explicités sur la figure 5.1. Ces vertex sont cinématiquement interdits car ils violent la conservation de la quadri-impu1sion. On
verra néanmoins par la suite qu'ils peuvent être combinés pour décrire des processus
physiques.
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Figure 5.1 - Interactions électromagétiques élémentaires entre électron, positron
et photon.
Nous venons de voir comment, à partir du lagrangien d'un fermion libre, nous pouvions construire une théorie décrivant les interactions entre fermions par l'échange
d'un boson vecteur de masse nulle. Cette approche consiste à imposer l'invariance
sous une symétrie locale, dite symétrie de jauge. Nous avons détaillé le cas le plus
simple d'un déphasage local du champ, qui conduit à l'interaction électromagnétique.
Des symétries plus complexes peuvent être utilisées ; elles conduisent à l'apparition
de plusieurs bosons de jauge et permettent de décrire les interactions faible et forte.
Dans tous les cas, le concept global reste le même.
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5.2 BRISURE SPONTANÉE DE SYMÉTRIE
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5.2. l Mécanisme de Higgs
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On a déjà montré lors de l'étude du champ vectoriel qu'un terme de masse pour le
champ vectoriel n'était pas invariant de jauge. Les bosons vecteurs doivent donc être
de masse nulle. Expérimentalement, c'est le cas pour le photon et vraisemblablement
pour le gluon de l'interaction forte. En revanche, la courte portée de l'interaction
faible ne peut s'expliquer qu'à l'aide de bosons massifs. De fait, on sait aujourd'hui