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Fiches 39
et 40
112
Le modèle standard
1. Les quatre interactions fondamentales
L'ensemble des phénomènes naturels connus peut être interprété en faisant intervenir au
plus quatre interactions fondamentales.
• L'interaction électromagnétique
Elle s'exerce entre particules porteuses de charge électrique. Maxwell a réalisé la
première unification de l'histoire de la physique en montrant que les phénomènes électriques et magnétiques étaient la manifestation de la même interaction. L'interaction
électromagnétique est responsable de la majorité des phénomènes courants à notre
échelle, à l'exception de la pesanteur: les liaisons chimiques entre les atomes, les interactions entre les constituants de la matière, ondes électromagnétiques et phénomènes
optiques, etc.
• L'interaction gravitationnelle
C'est la plus universelle car touchant toutes les particules. Mais il est clair que les interactions électrostatiques sont prépondérantes pour les particules chargées telles que les
protons ou les électrons. Pour de grands systèmes comme les astres, c'est l' interaction
gravitationnelle qui prédomine. Selon la relativité générale énoncée par Einstein, l'interaction gravitationnelle apparaît comme une modification de la structure géométrique
de l'espace-temps en présence de distribution de masse-énergie.
• L'interaction forte
Elle s'exerce de manière attractive entre toutes les particules constituant le noyau, indépendamment de leurs charges. Cette interaction ne concerne que la physique nucléaire.
• L'interaction faible
Elle intervient dans de nombreux processus de désintégration, notamment dans celui du
neutron et de la radioactivité bêta. Son intensité et sa portée sont plus faibles que pour
l' interaction forte.
2. Vers une physique unifiée
De nombreux chercheurs ont tenté d'unifier ces interactions dans un modèle unique. Le
modèle standard de la physique des particules est la théorie actuelle qui permet d'expliquer tous les phénomènes observables à 1 'échelle des particules. Ce modèle permet
d'unifier les interactions électromagnétiques, fortes et faibles mais pas la gravitation qui
est toujours expliquée dans le cadre de la relativité générale.
Le modèle standard est le fruit de près de 40 ans de recherche (1948-1983). L' aventure
a commencé avec la théorie de l' électrodynamique quantique (en anglais QED pour
Quantum ElectroDynamic) qui est la théorie quantique et relativiste de l'interaction
électromagnétique : Richard Feynman (1918-1988) fut un des grands artisans de cette
théorie et reçut le prix Nobel en 1965.
En 1961 , Sheldon Glashow (1932-) propose d' unifier les interactions électromagnétique et faible en une interaction qu'il appelle électrofaible. En 1967, Steven Weinberg
(1933-) et Abdus Salam (1926-1996) modifient ce modèle en imaginant une particule
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Le modèle standard
1. Les quatre interactions fondamentales
L'ensemble des phénomènes naturels connus peut être interprété en faisant intervenir au
plus quatre interactions fondamentales.
• L'interaction électromagnétique
Elle s'exerce entre particules porteuses de charge électrique. Maxwell a réalisé la
première unification de l'histoire de la physique en montrant que les phénomènes électriques et magnétiques étaient la manifestation de la même interaction. L'interaction
électromagnétique est responsable de la majorité des phénomènes courants à notre
échelle, à l'exception de la pesanteur: les liaisons chimiques entre les atomes, les interactions entre les constituants de la matière, ondes électromagnétiques et phénomènes
optiques, etc.
• L'interaction gravitationnelle
C'est la plus universelle car touchant toutes les particules. Mais il est clair que les interactions électrostatiques sont prépondérantes pour les particules chargées telles que les
protons ou les électrons. Pour de grands systèmes comme les astres, c'est l' interaction
gravitationnelle qui prédomine. Selon la relativité générale énoncée par Einstein, l'interaction gravitationnelle apparaît comme une modification de la structure géométrique
de l'espace-temps en présence de distribution de masse-énergie.
• L'interaction forte
Elle s'exerce de manière attractive entre toutes les particules constituant le noyau, indépendamment de leurs charges. Cette interaction ne concerne que la physique nucléaire.
• L'interaction faible
Elle intervient dans de nombreux processus de désintégration, notamment dans celui du
neutron et de la radioactivité bêta. Son intensité et sa portée sont plus faibles que pour
l' interaction forte.
2. Vers une physique unifiée
De nombreux chercheurs ont tenté d'unifier ces interactions dans un modèle unique. Le
modèle standard de la physique des particules est la théorie actuelle qui permet d'expliquer tous les phénomènes observables à 1 'échelle des particules. Ce modèle permet
d'unifier les interactions électromagnétiques, fortes et faibles mais pas la gravitation qui
est toujours expliquée dans le cadre de la relativité générale.
Le modèle standard est le fruit de près de 40 ans de recherche (1948-1983). L' aventure
a commencé avec la théorie de l' électrodynamique quantique (en anglais QED pour
Quantum ElectroDynamic) qui est la théorie quantique et relativiste de l'interaction
électromagnétique : Richard Feynman (1918-1988) fut un des grands artisans de cette
théorie et reçut le prix Nobel en 1965.
En 1961 , Sheldon Glashow (1932-) propose d' unifier les interactions électromagnétique et faible en une interaction qu'il appelle électrofaible. En 1967, Steven Weinberg
(1933-) et Abdus Salam (1926-1996) modifient ce modèle en imaginant une particule