"O
0
c
::J
0
('\"')
T"-f
0
Chapitre 1 • Particules et interactions
donc de la matière) ne peut alors s'expliquer que s'il existe une autre interaction
attractive entre neutrons et protons. Cette force doit avoir une intensité supérieure
à celle de l'interaction électromagnétique, d' où son nom d'interaction forte.
• L'interaction nucléaire faible est responsable de la désintégration de certains
noyaux. Cette désintégration change un proton en neutron et inversement, ce qui
n'est possible ni par interaction électromagnétique ni par interaction forte. Il faut
donc une troisième force, l'interaction faible, pour décrire ces phénomènes.
Ces deux interactions n' ont aucune influence, ni à l'échelle macroscopique ni même
à l' échelle atomique. Ce sont des interactions à courte portée (de l' ordre de la taille
du noyau, voire plus petite), alors que l'interaction électromagnétique a une portée
infinie.
Une dernière interaction décrit la dynamique des corps massifs : la gravitation. En
se limitant à une approche classique, on peut comparer les forces électromagnétique
et gravitationnelle entre deux électrons de masse me = 9, 11 x 1031 kg et de charge
qe = - 1,6 X 10- 19 C:
F gravitation
F électrique
q2
- -
2 /:2
= 47rE"Qr 2 = !l_ -~- ~ 4 X 1 o -42
r;m;
m~ 4nEo
'
,.2
(1.1)
?
où g = 6, 6711 N.m
2 .kg2 est la constante de gravitation de Newton et 4 ~~ 0
~ 1 ~ 7
est la constante de structure fine, qui caractérise l' intensité de l' interaction électromagnétique. L'intensité de la force électromagnétique est 42 ordres de grandeur plus
forte que celle de la gravitation. Aux échelles d'énergie qui concernent la physique
des particules, les effets gravitationnels sont complètement négligeables.
Le modèle standard de la physique des particules que nous allons présenter dans cet
ouvrage se limitera donc à la description des interactions électromagnétique, faible
et forte entre particules élémentaires. Ce modèle est incomplet puisqu'il n'inclut pas
la gravitation. Cette dernière est décrite par la théorie de la relativité générale dont le
formalisme est incompatible avec celui de la mécanique quantique.
N
@
1.1 .2 Longueur, énergie et élémentarité
~
"§i
L'étude expérimentale d'un objet et la mesure de ses propriétés requièrent l'usage
ï::::
~
d'une sonde dont la longueur d' onde est comparable à la dimension de l' objet étudié.
0
u
La sonde la plus couramment utilisée est la lumière ou plus généralement l'onde
2
électromagnétique. On peut remonter à la forme et aux propriétés d' une structure
en observant la diffusion de la lumière, l' application première étant bien entendu la
vision qui reconstruit une image à partir de la lumière visible diffusée. Ce principe se
généralise sans difficulté à d' autres échelles de distance et d'autres sondes (électrons,
protons, ... ). Pour pouvoir étudier une structure avec une sonde donnée il faudra:
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Chapitre 1 • Particules et interactions
donc de la matière) ne peut alors s'expliquer que s'il existe une autre interaction
attractive entre neutrons et protons. Cette force doit avoir une intensité supérieure
à celle de l'interaction électromagnétique, d' où son nom d'interaction forte.
• L'interaction nucléaire faible est responsable de la désintégration de certains
noyaux. Cette désintégration change un proton en neutron et inversement, ce qui
n'est possible ni par interaction électromagnétique ni par interaction forte. Il faut
donc une troisième force, l'interaction faible, pour décrire ces phénomènes.
Ces deux interactions n' ont aucune influence, ni à l'échelle macroscopique ni même
à l' échelle atomique. Ce sont des interactions à courte portée (de l' ordre de la taille
du noyau, voire plus petite), alors que l'interaction électromagnétique a une portée
infinie.
Une dernière interaction décrit la dynamique des corps massifs : la gravitation. En
se limitant à une approche classique, on peut comparer les forces électromagnétique
et gravitationnelle entre deux électrons de masse me = 9, 11 x 1031 kg et de charge
qe = - 1,6 X 10- 19 C:
F gravitation
F électrique
q2
- -
2 /:2
= 47rE"Qr 2 = !l_ -~- ~ 4 X 1 o -42
r;m;
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(1.1)
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où g = 6, 6711 N.m
2 .kg2 est la constante de gravitation de Newton et 4 ~~ 0
~ 1 ~ 7
est la constante de structure fine, qui caractérise l' intensité de l' interaction électromagnétique. L'intensité de la force électromagnétique est 42 ordres de grandeur plus
forte que celle de la gravitation. Aux échelles d'énergie qui concernent la physique
des particules, les effets gravitationnels sont complètement négligeables.
Le modèle standard de la physique des particules que nous allons présenter dans cet
ouvrage se limitera donc à la description des interactions électromagnétique, faible
et forte entre particules élémentaires. Ce modèle est incomplet puisqu'il n'inclut pas
la gravitation. Cette dernière est décrite par la théorie de la relativité générale dont le
formalisme est incompatible avec celui de la mécanique quantique.
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1.1 .2 Longueur, énergie et élémentarité
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L'étude expérimentale d'un objet et la mesure de ses propriétés requièrent l'usage
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La sonde la plus couramment utilisée est la lumière ou plus généralement l'onde
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électromagnétique. On peut remonter à la forme et aux propriétés d' une structure
en observant la diffusion de la lumière, l' application première étant bien entendu la
vision qui reconstruit une image à partir de la lumière visible diffusée. Ce principe se
généralise sans difficulté à d' autres échelles de distance et d'autres sondes (électrons,
protons, ... ). Pour pouvoir étudier une structure avec une sonde donnée il faudra: