10
Physique quantique : Fondements
et la théorie des interactions fortes est appelée pour cette raison la chromodynamique.
Les interactions faibles sont responsables de la radioactivité β
(Z, N) → (Z +1,N − 1) + e
− + ν e
(1.4)
dont un cas particulier est (1.2) qui s’écrit avec les notations de (1.4)
(0, 1) → (1, 0) + e
− + ν e
De même que les interactions fortes, les interactions faibles sont à courte
portée, mais, comme leur nom l’indique, elles sont beaucoup moins intenses.
Les vecteurs des interactions faibles sont les bosons de spin 1 chargés W
±
et neutre Z
0
, dont les masses sont respectivement 82 MeV/c
2
et 91 MeV/c
2
,
environ 100 fois la masse du proton. Les leptons, les quarks, les bosons de
spin 1 (ou bosons de jauge) : photon, gluons, bosons W
±
et Z
0
, ainsi qu’une
particule hypothétique de spin 0, à l’origine de la masse des particules, le
boson de Higgs, sont les particules du modèle standard de la physique des
particules, qui a été testé expérimentalement avec une précision supérieure à
0.1 % au cours de ces dix dernières années.
Enfin les interactions gravitationnelles,t o u j o u r sa t t r a c t i v es contrairement
aux interactions coulombiennes, ont la forme bien connue entre deux masses
m et m
′
F = −Gmm
′ ˆ
r
r 2
(1.5)
où les notations sont identiques à celles de (1.2) et où G est la constante de
gravitation. La loi de force (1.5), est, comme la loi de Coulomb, une loi à
longue portée, et on peut comparer directement les forces de gravitation et de
Coulomb entre un électron et un proton, puisque la forme de la loi de force
est la même
F Cb
F gr.
=
q
2
e
4πε 0
1
Gm e m p
∼ 10
39
Dans un atome d’hydrogène, la force de gravitation est négligeable, et de façon générale, la force de gravitation sera totalement négligeable pour tous
les phénomènes de physique atomique, moléculaire ou du solide. La relativité générale, théorie relativiste de la gravitation, prédit l’existence d’ondes
gravitationnelles
14
qui sont pour la gravitation l’analogue des ondes électromagnétiques, tandis que le graviton, particule de spin 2 et de masse nulle, est
l’analogue du photon. Toutefois il n’existe pas aujourd’hui de théorie quantique de la gravitation. Concilier la mécanique quantique et la relativité générale, expliquer l’origine de la masse et des trois familles de particules constituent les défis majeurs de la physique théorique du XXI
e
siècle.
14. Les preuves de l’existence des ondes gravitationnelles sont pour le moment indirectes :
elles résultent de l’observation de pulsars (étoiles à neutrons) binaires. Ces ondes pourraient
être détectées prochainement sur Terre dans les expériences VIRGO et LIGO. L’observation
du graviton est probablement repoussée à un futur très lointain.
Physique quantique : Fondements
et la théorie des interactions fortes est appelée pour cette raison la chromodynamique.
Les interactions faibles sont responsables de la radioactivité β
(Z, N) → (Z +1,N − 1) + e
− + ν e
(1.4)
dont un cas particulier est (1.2) qui s’écrit avec les notations de (1.4)
(0, 1) → (1, 0) + e
− + ν e
De même que les interactions fortes, les interactions faibles sont à courte
portée, mais, comme leur nom l’indique, elles sont beaucoup moins intenses.
Les vecteurs des interactions faibles sont les bosons de spin 1 chargés W
±
et neutre Z
0
, dont les masses sont respectivement 82 MeV/c
2
et 91 MeV/c
2
,
environ 100 fois la masse du proton. Les leptons, les quarks, les bosons de
spin 1 (ou bosons de jauge) : photon, gluons, bosons W
±
et Z
0
, ainsi qu’une
particule hypothétique de spin 0, à l’origine de la masse des particules, le
boson de Higgs, sont les particules du modèle standard de la physique des
particules, qui a été testé expérimentalement avec une précision supérieure à
0.1 % au cours de ces dix dernières années.
Enfin les interactions gravitationnelles,t o u j o u r sa t t r a c t i v es contrairement
aux interactions coulombiennes, ont la forme bien connue entre deux masses
m et m
′
F = −Gmm
′ ˆ
r
r 2
(1.5)
où les notations sont identiques à celles de (1.2) et où G est la constante de
gravitation. La loi de force (1.5), est, comme la loi de Coulomb, une loi à
longue portée, et on peut comparer directement les forces de gravitation et de
Coulomb entre un électron et un proton, puisque la forme de la loi de force
est la même
F Cb
F gr.
=
q
2
e
4πε 0
1
Gm e m p
∼ 10
39
Dans un atome d’hydrogène, la force de gravitation est négligeable, et de façon générale, la force de gravitation sera totalement négligeable pour tous
les phénomènes de physique atomique, moléculaire ou du solide. La relativité générale, théorie relativiste de la gravitation, prédit l’existence d’ondes
gravitationnelles
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qui sont pour la gravitation l’analogue des ondes électromagnétiques, tandis que le graviton, particule de spin 2 et de masse nulle, est
l’analogue du photon. Toutefois il n’existe pas aujourd’hui de théorie quantique de la gravitation. Concilier la mécanique quantique et la relativité générale, expliquer l’origine de la masse et des trois familles de particules constituent les défis majeurs de la physique théorique du XXI
e
siècle.
14. Les preuves de l’existence des ondes gravitationnelles sont pour le moment indirectes :
elles résultent de l’observation de pulsars (étoiles à neutrons) binaires. Ces ondes pourraient
être détectées prochainement sur Terre dans les expériences VIRGO et LIGO. L’observation
du graviton est probablement repoussée à un futur très lointain.