1. Introduction
11
Comme résumé de cette présentation desc o n s t i t u a n t sé l é m e n t a i r e se td e s
forces, on retiendra qu’il existe trois familles de particules de matière, comprenant des leptons et des quarks, et que les vecteurs des forces sont le photon
pour les interactions électromagnétiques, le gluon pour les interaction fortes,
les bosons W et Z pour les interactions faibles, et enfin l’hypothétique graviton pour les interactions gravitationnelles.
1.2 Physique classique et physique quantique
Avant d’introduire la physique quantique, résumons brièvement les fondements de la physique classique. La physique classique comporte trois branches
principales, qui ont chacune diverses ramifications.
1. La première branche est la mécanique, dont la loi fondamentale est la
loi de Newton, ou loi fondamentale de la dynamique, donnant la force
F sur
une particule ponctuelle de masse m en fonction de la dérivée par rapport au
temps de son impulsion p
F =
d p
dt
(1.6)
Sous cette forme, l’équation fondamentale de la dynamique survit aux modifications apportées par Einstein en 1905 avec la relativité restreinte, à condition
d’utiliser l’expression relativiste de l’impulsion en fonction de la vitesse v,d e
la masse m de la particule et de la vitesse de la lumière c
p =
mm v
1 − v 2 /c 2
(1.7)
2. La deuxième branche est l’électromagnétisme, résumé dans les quatre
équations de Maxwell donnant le champ électrique
E et le champ magnétique
B en fonction des densités de charge ρ em et de courant j em , appelées sources
du champ électromagnétique
∇·
B =0
∇×
E = −
∂
B
∂t
(1.8)
∇·
E =
ρ em
ε 0
c
2
∇×
B =
∂
E
∂t
+
1
ε 0
j em
(1.9)
De ces équations, on déduit la propagation d’ondes électromagnétiques dans
le vide à la vitesse de la lumière
1
c 2
∂
2
∂t 2 −∇
2
E
B
=0
(1.10)
Ceci fait le lien avec l’optique, qui devient un cas particulier de l’électromagnétisme. Le lien entre 1 et 2 est fourni par la loi de Lorentz donnant la force
sur une particule de charge q et de vitesse v
F = q(
E + v ×
B)
(1.11)
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Comme résumé de cette présentation desc o n s t i t u a n t sé l é m e n t a i r e se td e s
forces, on retiendra qu’il existe trois familles de particules de matière, comprenant des leptons et des quarks, et que les vecteurs des forces sont le photon
pour les interactions électromagnétiques, le gluon pour les interaction fortes,
les bosons W et Z pour les interactions faibles, et enfin l’hypothétique graviton pour les interactions gravitationnelles.
1.2 Physique classique et physique quantique
Avant d’introduire la physique quantique, résumons brièvement les fondements de la physique classique. La physique classique comporte trois branches
principales, qui ont chacune diverses ramifications.
1. La première branche est la mécanique, dont la loi fondamentale est la
loi de Newton, ou loi fondamentale de la dynamique, donnant la force
F sur
une particule ponctuelle de masse m en fonction de la dérivée par rapport au
temps de son impulsion p
F =
d p
dt
(1.6)
Sous cette forme, l’équation fondamentale de la dynamique survit aux modifications apportées par Einstein en 1905 avec la relativité restreinte, à condition
d’utiliser l’expression relativiste de l’impulsion en fonction de la vitesse v,d e
la masse m de la particule et de la vitesse de la lumière c
p =
mm v
1 − v 2 /c 2
(1.7)
2. La deuxième branche est l’électromagnétisme, résumé dans les quatre
équations de Maxwell donnant le champ électrique
E et le champ magnétique
B en fonction des densités de charge ρ em et de courant j em , appelées sources
du champ électromagnétique
∇·
B =0
∇×
E = −
∂
B
∂t
(1.8)
∇·
E =
ρ em
ε 0
c
2
∇×
B =
∂
E
∂t
+
1
ε 0
j em
(1.9)
De ces équations, on déduit la propagation d’ondes électromagnétiques dans
le vide à la vitesse de la lumière
1
c 2
∂
2
∂t 2 −∇
2
E
B
=0
(1.10)
Ceci fait le lien avec l’optique, qui devient un cas particulier de l’électromagnétisme. Le lien entre 1 et 2 est fourni par la loi de Lorentz donnant la force
sur une particule de charge q et de vitesse v
F = q(
E + v ×
B)
(1.11)