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1.1. La matière ordinaire
• que l'énergie de la sonde ou sa longueur d'onde soit comparable à la dimension
caractéristique de 1 'objet étudié ;
• que la sonde puisse interagir avec la structure étudiée afin qu' il y ait diffusion.
À toute échelle de longueur À, on peut associer une échelle d'énergie caractéristique E à partir de la relation de de Broglie :
E =ne .
À
(1.2)
Pour étudier des objets physiques de taille À = 10- 15 m (rayon classique du proton),
il faut disposer d'une sonde d' énergie au moins égale à 3 x 1011 J ~ 200 MeV. On
utilise généralement comme unité d'énergie ]' électronvolt (eV) défini comme l'énergie acquise par une charge élémentaire sur une distance L = 1 m dans un champ
électrique uniforme E = 1 V.m. On a alors :
E = qV ::::} l eV= l, 6 X 1019 C X 1 V.m = l 6
X 10 _19 J
L
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(1.3)
En physique des particules, on sonde ]' infiniment petit en réalisant des expériences
de diffusion à haute énergie, soit en envoyant un faisceau de particules (électrons,
protons, photons) de grande énergie cinétique sur une cible, soit en collisionnant
deux faisceaux. Dans ce dernier cas, la sonde et la structure sondée peuvent avoir la
même nature et la différentiation n'a plus de sens.
La notion d'élémentarité d' une particule n' a de sens que relativement à l' échelle
d' énergie du processus : une particule est élémentaire dans une diffusion si son énergie caractéristique est grande devant celle du processus. Par exemple, lors d' une désintégration œ, l'énergie échangée est de l' ordre de 5 MeV alors que la particule œ a un
diamètre classique d' environ 2 fm soit E ~ 90 MeV : la particule œ peut être considérée comme élémentaire. Les particules que l'on va considérer comme élémentaires
en physique des particules sont celles qui n'ont pas de structure connue à ce jour,
c'est-à-dire pour lesquelles il n' y a aucune évidence de l' existence de sous-structure
aux échelles d'énergie accessibles en laboratoire. À titre indicatif, l'accélérateur de
paiticules de plus haute énergie atteint une énergie de 10 Te V dans le centre de masse,
cmTespondant à une longueur caractéristique d'environ 10- 20 m .
La physique des particules s'intéresse à la description des objets physiques plus
petits que le noyau atomique. Ceci concerne deux échelles de taille. La première, autour de 10- 15 m, est celle des constituants du noyau (le proton et le neutron) auxquels
viendront s'ajouter toute une zoologie de nouvelles particules de courte durée de vie.
La seconde, plus petite que 10- 16 m, est celle des particules élémentaires, c'est-àdire celle dont on ne connaît aucune sous-structure interne. On verra ainsi que neutrons et protons sont composés de quarks, alors que l'électron est déjà élémentaire.
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• que l'énergie de la sonde ou sa longueur d'onde soit comparable à la dimension
caractéristique de 1 'objet étudié ;
• que la sonde puisse interagir avec la structure étudiée afin qu' il y ait diffusion.
À toute échelle de longueur À, on peut associer une échelle d'énergie caractéristique E à partir de la relation de de Broglie :
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(1.2)
Pour étudier des objets physiques de taille À = 10- 15 m (rayon classique du proton),
il faut disposer d'une sonde d' énergie au moins égale à 3 x 1011 J ~ 200 MeV. On
utilise généralement comme unité d'énergie ]' électronvolt (eV) défini comme l'énergie acquise par une charge élémentaire sur une distance L = 1 m dans un champ
électrique uniforme E = 1 V.m. On a alors :
E = qV ::::} l eV= l, 6 X 1019 C X 1 V.m = l 6
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En physique des particules, on sonde ]' infiniment petit en réalisant des expériences
de diffusion à haute énergie, soit en envoyant un faisceau de particules (électrons,
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deux faisceaux. Dans ce dernier cas, la sonde et la structure sondée peuvent avoir la
même nature et la différentiation n'a plus de sens.
La notion d'élémentarité d' une particule n' a de sens que relativement à l' échelle
d' énergie du processus : une particule est élémentaire dans une diffusion si son énergie caractéristique est grande devant celle du processus. Par exemple, lors d' une désintégration œ, l'énergie échangée est de l' ordre de 5 MeV alors que la particule œ a un
diamètre classique d' environ 2 fm soit E ~ 90 MeV : la particule œ peut être considérée comme élémentaire. Les particules que l'on va considérer comme élémentaires
en physique des particules sont celles qui n'ont pas de structure connue à ce jour,
c'est-à-dire pour lesquelles il n' y a aucune évidence de l' existence de sous-structure
aux échelles d'énergie accessibles en laboratoire. À titre indicatif, l'accélérateur de
paiticules de plus haute énergie atteint une énergie de 10 Te V dans le centre de masse,
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La physique des particules s'intéresse à la description des objets physiques plus
petits que le noyau atomique. Ceci concerne deux échelles de taille. La première, autour de 10- 15 m, est celle des constituants du noyau (le proton et le neutron) auxquels
viendront s'ajouter toute une zoologie de nouvelles particules de courte durée de vie.
La seconde, plus petite que 10- 16 m, est celle des particules élémentaires, c'est-àdire celle dont on ne connaît aucune sous-structure interne. On verra ainsi que neutrons et protons sont composés de quarks, alors que l'électron est déjà élémentaire.
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