- Free Documents

La physique des particules est la branche de la physique qui tudie les constituants
lmentaires de la matire et les rayonnements, ainsi
que leurs interactions. On lappelle aussi parfois physique des hautes nergies car de
nombreuses particules lmentaires, instables, nexistent pas ltat naturel et peuvent seulement
tre dtectes lors de collisions hautes nergies entre particules stables dans les acclrateurs de
particules.
Sommaire
masquer
Historique o . Les grandes dates Classement des particules subatomiques o . Leptons,
hadrons et quarks .. Leptons .. Hadrons .. Quarks .. Gluons o . Existence de trois familles o .
Bosons et fermions o . Particules et antiparticules o . Interactions et champs .. Interaction
lectromagntique .. Interaction faible .. Interaction lectrofaible .. Interaction forte .. Interaction
gravitationnelle o . Tableau rcapitulatif Modle standard Principales interactions avec la matire
o . Particules charges .. Particules lgres lectrons, positrons .. Particules lourdes muons,
protons, alpha, pions o . Particules non charges .. Photons .. Neutrons .. Neutrinos
Production et dtection des particules Notes et rfrences Voir aussi o . Articles connexes o .
Bibliographie rcente
o
. Liens externes
Historiquemodifier
Lide que la matire se compose de particules lmentaires date au moins du VIe sicle av. J.C..
lpoque, elle reposait au fond sur lincapacit matriser la notion de continu voir les paradoxes
de Znon dle. La doctrine philosophique de latomisme a t tudie par les philosophes grecs, tels
que Leucippe, Dmocrite et picure. Bien quau XVIIe sicle, Isaac Newton ait pens que la matire
soit compose de particules, cest John Dalton qui, en , nona formellement que tout est
constitu datomes minuscules. Cette hypothse ne devint rellement scientifique qu partir du
moment o lon sut estimer la taille des atomes , Loschmidt , Lord Kelvin En , le premier
tableau priodique de Mendeleev permit daffermir le point de vue prvalant durant tout le XIXe
sicle que la matire tait faite datomes. Les travaux de Thomson tablirent que les atomes sont
composs dlectrons lgers et de protons massifs. Rutherford tablit que les protons sont
concentrs dans un noyau compact. Initialement, on pensait que le noyau tait seulement
constitu de protons et dlectrons confins afin dexpliquer la diffrence entre la charge et le

nombre de masse, mais ultrieurement il savra quil tait constitu de protons et de neutrons. Au
XXe sicle, les progrs de la physique nuclaire et de la physique quantique, avec les preuves
spectaculaires de la fission nuclaire et de la fusion nuclaire, donnrent naissance une
industrie capable de produire un atome partir dun autre, rendant mme possible mais non
rentable conomiquement la transmutation de plomb en or. Tout au long des annes et des
annes , une varit ahurissante de particules a t trouve lors dexpriences de collision un zoo de
particules. Cette expression perdit de son intrt aprs la formulation du modle standard dans
les annes , car le grand nombre de ces particules put tre conu comme rsultant de
combinaisons dun relativement petit nombre de particules fondamentales, encore que le
calcul des proprits des particules composes en soit encore ses balbutiements, et que les
nombreux paramtres du modle standard naient pas trouv dexplication satisfaisante pour
leurs valeurs.
Les grandes datesmodifier
Maxwell ralise dimportantes recherches dans quatre domaines la vision de la couleur, la
thorie molculaire, llectricit et le magntisme. Il arrive unifier les deux derniers par une thorie
unique, llectromagntisme. Cette thorie de Maxwell permet de dcrire la propagation des ondes
lumineuses dans le vide et den prdire un spectre de frquences thoriquement illimit. George
Stoney dveloppe la thorie de llectron et estime sa masse. Rntgen dcouvre les rayons X.
Becquerel dcouvre la radioactivit de luranium. Thomson dcouvre llectron et cre un modle o
latome est dcrit comme une entit de charge neutre contenant un noyau positif avec de petits
lectrons ngatifs. Marie et Pierre Curie sparent les lments radioactifs. Planck, afin dinterprter
les variations de couleur dun corps incandescent en fonction de la temprature, et de rsoudre
certains problmes mathmatiques lis ce problme, suggre un artifice le rayonnement est
quantifi pour chaque frquence, il est mis par paquets dnergie, de valeur, ou quantum,
dpendant de la frquence.

Einstein propose quun quantum de lumire, qui sera nomm en photon, se comporte comme
une particule. Les autres thories dEinstein expliquent lquivalence de la masse et de lnergie,
la dualit ondeparticule des photons, le principe dquivalence et la relativit restreinte. Hans
Geiger et Ernest Marsden, sous la responsabilit de Rutherford, envoient des particules alpha
sur une mince feuille dor et observent parfois de grands angles de diffusion, ce qui suggre
lexistence dun noyau positivement charg, petit et dense la collision est rare lintrieur de
latome. Rutherford conclut lexistence du noyau comme rsultat de lexprience de diffusion
alpha ralise par Geiger et Marsden. Bohr construit la thorie de la structure atomique base sur
des hypothses quantiques. Rutherford prouve lexistence du proton. Chadwick et E.S. Bieler
concluent quune force de grande intensit maintient le noyau uni, malgr la rpulsion
lectrostatique coulombienne entre protons. Compton dcouvre la nature quantique particulaire
des rayons X, confirmant que les photons sont des particules. de Broglie propose des
proprits ondulatoires pour les particules formant la matire. Pauli formule le principe
dexclusion pour les lectrons lintrieur dun atome. W. Bothe et Geiger dmontrent que lnergie et
la masse sont conserves dans les processus atomiques. Schrdinger dveloppe la mcanique
ondulatoire, qui dcrit le comportement des systmes quantiques pour les bosons. Born donne
une interprtation probabiliste de la mcanique quantique. Lewis propose le nom de photon
pour le quantum de lumire. Dcouverte de la dsintgration . Dirac propose son quation donde
relativiste pour llectron. Pauli suggre lexistence dun neutrino invisible, afin dinterprter
lapparente disparition de lnergie dans la dsintgration . Particules lmentaires, incluant llectron,
le proton, le neutron dans le noyau, le neutrino dans la dsintgration , le photon, quantum de
champ lectromagntique. Dcouverte du positron Anderson. Dirac ralise que le positron est
aussi dcrit par son quation. James Chadwick dcouvre le neutron . / Fermi formule sa thorie
sur la dsintgration interaction faible ex. . Yukawa formule son hypothse sur les msons La
force nuclaire est due lchange de particules massives, les msons. Dcouverte du lepton . Bien
quayant peu prs la masse prvue pour le mson de Yukawa, il na pas dinteractions assez
fortes avec la matire pour jouer ce rle. nonc de la loi de conservation du nombre baryonique.
/ Dcouverte du mson charg , le pion Powell, prdit en . Le est produit par la dsintgration . /
Thorie quantique de llectromagntisme QED Feynman, Schwinger et Tomonaga. Production
artificielle du . Dcouverte du .
Dcouverte dun troisime lepton charg. Existence des quarks et postule par GellMann et
Zweig. Dcouverte de lantiproton Chamberlain et Segr. Glashow. . Ceci est interprt en termes
dun nouveau nombre quantique. Classement des particules subatomiquesmodifier Article
dtaill Particule lmentaire. nonc de la thorie des interactions fortes entre particules colores
QCD. Dcouverte de la violation de CP dans les systmes par Cronin. Lee et Yang suggrent
que la force faible peut engendrer une violation de la parit. Mise en vidence dun gluon
DESY. conserv par les interactions fortes et lectromagntiques. Salam et Weinberg proposent
un schma dunification des forces lectromagntiques et faibles. Prdiction de lexistence des
gluons. . Dcouverte du pion neutre. lUniversit Stanford et Brookhaven. Cest pourquoi on ne
peut observer les quarks colors. Ltude de la dsintgration du au LEP CERN montre que le
nombre de neutrinos lgers GeV est limit . Dcouverte du tat excit du nuclon. le bottom . est
suggr. Le nombre quantique de la couleur est propos toutes les particules observes sont de

couleur neutre. Dcouverte du et du au CERN. Dcouverte dun cinquime quark. Dcouverte dun
sixime quark. Dcouverte dvnements en V dsintgration de particules et ayant une vie
moyenne trangement longue. Prdiction de lexistence du boson de Higgs et des bosons
lourds et . / Dcouverte de centaines de particules lmentaires Murray GellMann propose la
voie octuple SUpour classer toutes ces particules. au Fermilab. Les particules lmentaires
peuvent tre classes en diffrentes souscatgories en fonction de leur proprits. Preuve de
lexistence de neutrinos de masse nonnulle au SuperKamiokande. SLAC dtecte une structure
ponctuelle du nuclon. . le . Dcouverte de la violation de la parit dans les atomes de Co par
ChienShiung Wu et Amber. constituants qui pourraient tre la base du classement par SU.
Yang et Mills proposent les thories de jauge nonabliennes. des dizaines de fois plus massifs
que les particules lmentaires connues ce jour. Fitch. ltranget. Christenson et Turlay.
Dcouverte des deux neutrinos et . Un nouveau quark. Libert asymptotique postule.
Dcouverte du et de particules contenant un quark charm . au Fermilab. le top . Dcouverte du
mson charm et confirmation de lexistence du quark .
Les trois paires. familles ou gnrations de leptons connues sont . Interactions faibles. . laxe
horizontal I la composante disospin. . du grec mesos. llectron et son neutrino le muon et son
neutrino le tau et son neutrino Hadronsmodifier Les hadrons du grec hadros. notamment leur
masse. . lger. les particules sont reprsentes par les cercles roses. Absence dinteraction forte
ils ne portent pas de couleur. et les msons. Obissance la statistique de FermiDirac ce sont
des fermions. du grec barus. lourd auxquels on associe un nombre quantique spcial le
nombre baryonique essentiellement constitus de trois quarks. Ils peuvent tre classs en deux
groupes les baryons. . pais sont caractriss par les proprits suivantes . Constitution partir de
quarks. gros. . hadrons et quarksmodifier Leptonsmodifier Les leptons du grec leptos.
.Leptons. les cercles diviss en deux reprsentent les deux particules indiques en regard. . laxe
vertical. moyen responsables des interactions fortes rsiduelle entre hadrons. On en observe
plus de . orient vers le bas. . msons de spin et baryons de spin / sur ces figures. donne
ltranget S. Enfin. car ils sont composs dun quark et dun antiquark. Les hadrons ne sont donc
pas des particules fondamentales. qui diffrent par diverses proprits. et laxe oblique Q la
charge lectrique. Charges lectriques entires multiples de la charge de llectron. et leurs
symboles figure ct. non reprsentes sur ces diagrammes. Prsence dinteraction forte appele
rsiduelle pour la distinguer de linteraction forte de couleur liant les quarks et les gluons entre
eux. le contenu principal en quarks est indiqu lintrieur de chaque cercle . Charge faible les
regroupant en paires appeles doublets dinteraction faible. Voici les hadrons les plus
frquemment observs baryons de spin /. et auxquels on donne le nombre baryonique . ainsi
nomms parce que leurs masses sont relativement petites sont caractriss par les proprits
suivantes . Charges lectriques entires multiples de la charge de llectron. mais plutt des tats
lis de quarks.
se refltant notamment sur la diffrence de masse entre les deux lments centraux et . Ceci
correspond des proprits de symtrie entre les quarks composants.Premier nonet de baryons
Nuclons S Nonet de baryons spin / Octet tranget tranget Singulet tranget neutron et proton
Sigma Xi Lambda Ce nonet de baryons assez semblables se divise en un octet de et une
seule particule formant un singulet. .
. ce nonet de msons assez semblables se divise en un octet de et un singulet.Premier nonet
de msons tranget Nonet de msons spin Octet tranget tranget Singulet tranget kaons pions
antikaons ta A nouveau.

. . au nombre de quarks d. au nombre de quarks u. Ils possdent une charge faible et forment
des doublets dinteraction faible. . Ils interagissent fortement soumis linteraction forte . et le
troisime axe. ce sont des triplets par laquelle ils subissent linteraction forte. Ils portent des
charges lectriques fractionnaires. celui de ltranget S au nombre de quarks s.Premier dcuplet
de baryons tranget Dcuplet de baryons tranget spin / tranget tranget Delta Sigma excits Xi
excits Omega Ici. . . Quarksmodifier Les quarks sont les particules fondamentales qui
forment les particules observes. non trac. bissecteur entre les deux prcdents. une constante
prs. la symtrie entre les membres du dcuplet est plus frappante laxe de la charge lectrique Q
correspond bien. On leur associe aussi une charge de couleur couleurs possibles. Ils
obissent la statistique de FermiDirac ce sont des fermions.
Ceci rend les calculs mathmatiquement trs compliqus. On leur associe aussi une charge de
couleur couleurs possibles. Seules des combinaisons o toutes les couleurs se compensent
combinaisons blanches peuvent constituer des hadrons libres. On ne compte que huit
gluons. En . qui fait que lon ne peut pas les observer isolment. charm. En raison de lintensit
de linteraction forte. il semble que seuls des arguments de symtrie viennent appuyer cette
assertion. trange. . puisquils sont euxmmes colors. Gluonsmodifier Les gluons sont les
particules fondamentales qui assurent la cohsion des hadrons et des msons en liant les
quarks entre eux. ne pas confondre avec le nombre de couleurs portes par les quarks. les
quarks et gluons. Ils interagissent fortement porteurs de linteraction forte . ils peuvent tre
regroups en doublets qui sont des copies conformes. Quarks Q / up charme top Q / down
strange bottom Antiquarks Q / antiup anticharme antitop Q / antidown antistrange antibottom
De faon gnrale. mais galement entre eux. autre paramtre fondamental . . Ils ne possdent pas
dinteraction faible. sauf pour ce qui est de leurs masses. Ils obissent la statistique de
BoseEinstein ce sont des bosons. subissent le confinement de couleur. Comme les leptons.
cest un octet et ils subissent donc linteraction forte. . bottom aussi appel quark beaut pour
des raisons historiques et top. Ils sont lectriquement neutres. qui interagissent avec tous les
types ou saveurs de quarks. il en existe trois de chaque. on souponne que les familles de
quarks et leptons sont relies. bien que la thorie soit formellement connue.On compte six
types ou saveurs de quarks up. . tant colors. do le fait que les progrs sur larchitecture des
particules soient trs lents. Existence de trois famillesmodifier Lensemble des particules
lmentaires semble pouvoir se dcomposer en trois familles ce nombre de trois est un
paramtre fondamental du modle standard. down.
elle devient une solution dnergie positive. Il peut prendre des valeurs qui sont des multiples
de . et laisse sa place vacante. qui obissent la statistique de BoseEinstein. et dont toutes les
proprits charge lectrique. dsigns par les indices et est dcrit par une fonction donde qui est
antisymtrique sous lchange des particules . La mcanique quantique introduit la notion de
moment cintique intrinsque dune particule. sinon cette relation montre que leur fonction
donde serait nulle. Il dtermine galement le type de statistique auquel est soumise la particule.
Si lon apporte suffisamment dnergie une partie du vide reprsente par une de ces solutions.
Certaines solutions de lquation qui porte son nom apparaissent comme portant une nergie
ngative. Bosons Ce sont des particules de spin entier . La notion dantiparticule fut propose
par Paul Dirac en . Une antiparticule se caractrise donc par . ce qui est absurde principe
dexclusion de Pauli. par exemple sont opposes celles des solutions normales. En particulier.
Fermions Ce sont des particules de spin demientier qui obissent la statistique de FermiDirac.
Particules et antiparticulesmodifier Article dtaill Antiparticule. dsigns par les indices et est
dcrit par une fonction donde qui est symtrique sous lchange des particules . Le trou laiss