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 vacant par cette solution dnergie ngative apparat comme une particule dnergie positive.Bosons et fermionsmodifier Articles dtaills Boson et Fermion. cestdire quun systme de deux fermions identiques. Dirac interprta ces solutions ainsi en fait lespace vide est lensemble de toutes ces solutions. le spin. deux fermions ne peuvent pas se trouver dans le mme tat. Cest ce quon appelle une antiparticule. cestdire quun systme de deux bosons identiques. Par convention. sections efficaces typiques de m. ce qui nest utile que si on ne peut pas la distinguer par sa charge. lorsquil y a un champ produit par une particule la position de la particule . ex. on pourrait crire Interactions et champsmodifier La mcanique classique et la thorie quantique des champs ont des approches diffrentes lorsquil sagit dcrire les interactions. . Les manifestations typiques de linteraction faible sont La dsintgration du neutron. lectromagntique. Celleci obit lquation donde dans les limites du principe dincertitude de Heisenberg et Les tats transitoires sont appels virtuels. Interaction lectromagntiquemodifier Article dtaill Interaction lectromagntique. Il obit aux lois de conservation des nombres quantiques et de la quadriimpulsion. alors lnergie nest conserve qu des carts prs. La capture dantineutrinos. une charge et des nombres quantiques opposs ceux de la particule associe. . Par exemple. une masse et une dure de vie identiques celles de la particule correspondante. couplage . Interaction faiblemodifier Article dtaill Interaction faible. L interaction lectromagntique se caractrise par les proprits suivantes mise en jeu de particules lectriquement charges. En mcanique classique. En thorie quantique des champs. Les dsintgrations hadroniques peuvent passer par les interactions faible. . donc porte consquence du principe dincertitude. cette dernire interagit avec la valeur de ce champ. ex. lantiparticule est dsigne par une barre suprieure. mais leur caractristiques diffrent suivant le mode de dsintgration . par exemple. un photon virtuel peut avoir une quadriimpulsion telle que si est limit. ou forte. change de photons . temps dinteraction et/ou vies moyennes typiques de s. linteraction est interprte comme un change de quanta. donc porte R m toujours le principe dincertitude. aucune des deux. Cest aussi un exemple dunification de forces faible et e. la thorie de GlashowWeinbergSalam se ramne la thorie des interactions faibles de Fermi . Mais basse nergie. Les interactions lectromagntique et faible lectrofaibles sont unifies dans le modle de GlashowWeinbergSalam . Linteraction forte doit conserver S et I. Interaction fortemodifier . couplage faible lchelle des protons . la symtrie est brise et les deux forces apparaissent bien distinctes. change de bosons W courants chargs et Z courant neutre. et est la vie moyenne ou dure des interactions.Interactions Raction faibles lectromagntiques fortes / s s . section efficace de m.. m. Les ractions faibles sont caractrises par une amplitude de probabilit de la forme Amplitude gW/q MW. celui de spin isotopique. temps dinteraction et/ou vie moyenne typique de s. cestdire des particules ayant une charge faible. Interaction lectrofaiblemodifier Linteraction lectrofaible est linteraction qui unifie llectromagntisme et linteraction faible. ou de quarks qui changent de saveur. s o est le changement du nombre quantique dtranget. Do la possibilit pour lune ou pour lautre de dominer le processus. Les interactions faibles mettent en jeu un couplage faible gW et lchange des bosons de jauge W et Z. la constante de Fermi . Dans la limite q . o les interactions impliquant quatre particules sont ponctuelles et de force GF. mais pas I. Le modle de GlashowWeinbergSalam a lavantage sur la thorie de Fermi dtre renormalisable. mW GeV.Z o q est le carr de la quadriimpulsion transfre par lchange du quantum. llectromagntique S. Les interactions faibles sont alors caractrises par les proprits suivantes mise en jeu de neutrinos. et la faible. cestdire davoir un comportement calculable haute nergie aux masses des W et Z et audessus. Les interactions fortes sont caractrises par les proprits suivantes change de particules portant une charge de couleur quarks et/ou gluons. boson dinteraction de spin correspond une fluctuation quantique de la mtrique. le graviton.. une thorie quantique gravitationnelle devrait possder les caractristiques suivantes impliquer tout ce qui possde une nergiemasse et qui donc modifie la mtrique de lespacetemps tenseur nergieimpulsion. temps dinteraction et/ou vie moyenne typique de s. avoir un couplage trs faible au niveau subatomique le couplage typique entre deux protons est GGNmp/. bien que la thorie des supercordes soit un bon candidat la gravitation quantique boucles cependant ne propose pas dunifier la gravitation avec les autres interactions du modle standard. au niveau fondamental.Article dtaill Interaction forte. L interaction forte est frquente dans les collisions de hadrons haute nergie. masse nulle du graviton. les interactions entre quarks et gluons. la gravitation ayant une porte infinie. confinement des quarks et gluons. libert asymptotique. Elle implique. On les retrouve par exemple dans la collision dont la dure est denviron s. couplage trs fort s. Interaction gravitationnellemodifier Article dtaill Interaction gravitationnelle. porte effective de R m en raison du confinement. section efficace typique de m. Tableau rcapitulatifmodifier particules fermions lmentaires lectron Chargs leptons Neutrinos muon tauon lectronique muonique tauonique quarks Charge / up charm . Il nexiste pas actuellement une thorie de la gravit quantique satisfaisante du point de vue de la phnomnologie. Par contre. top down Charge / strange bottom/beauty photon bosons de jauge bosons Int. forte Interaction faible Boson Z Boson W Boson W gluon Gravitation graviton bosons hypothtiques Int. l.faible boson de Higgs particules composes hadrons nuclons lgers Autres neutron proton Delta Lambda Sigma Xi Omega LambdaC SigmaC XiC OmegaC LambdaB pion ta rho phi S baryons fermions hyprons S S S baryons charms C S S Baryons bottom msons bosons Lgers B S S Charms kaon Apparent Mson D Cach Mson J/ Bottom Apparent Mson B Cach Mson upsilon et bien dautres Modle standardmodifier Ltat actuel de la classification des particules lmentaires sappelle le modle standard. Il dcrit les forces fondamentales fortes, faibles, et lectromagntiques en utilisant des bosons mdiateurs connus sous le nom de boson de jauge. Les bosons de jauge sont respectivement les gluons, les bosons W et Z et le photon. Le modle contient galement particules fondamentales qui sont les constituants de la matire les quarks et les leptons, et leurs antiparticules. Il prvoit aussi lexistence dun type de boson connu sous le nom de boson de Higgs, mais qui na pas encore t observ en . Principales interactions avec la matiremodifier Selon leur nature et leur nergie, les particules interagiront diffremment avec la matire. Ces interactions sont les suivantes Particules chargesmodifier Particules lgres lectrons, positronsmodifier Bremsstrahlung rayonnement de freinage, dominant audel de MeV. Diffusion inlastique avec les atomes cortge lectronique. Diffusion lastique avec les noyaux. Rayonnement Tcherenkov. Ractions nuclaires faible contribution. Particules lourdes muons, protons, alpha, pionsmodifier Diffusion inlastique avec les atomes type dinteraction dominant. Diffusion lastique avec les noyaux peu dnergie transfre, car les particules sont plus lgres que le noyau. Rayonnement Tcherenkov. Ractions nuclaires. Bremsstrahlung. Particules non chargesmodifier Photonsmodifier Contrairement aux particules charges qui dposent leur nergie de manire continue le long de leur trajectoire, les interactions des photons sont localises. Lorsquils traversent un milieu, les photons traversent une certaine distance sans tre affects puis dposent brutalement de lnergie par les interactions suivantes Effet photolectrique. Diffusion Compton. Production de paires . Ractions nuclaires faible contribution. La probabilit de produire une interaction est constante le long de la trajectoire, et par suite le nombre de photons survivants dcrot en srie gomtrique exponentielle le long de la distance parcourue. La fraction des photons qui subsistent aprs avoir travers une distance x est ex o est le coefficient dabsorption, exprim en cm. Cest la somme des coefficients dabsorption des diffrentes interactions pour les divers composants du matriau. Labsorption peut tre paramtre plus commodment par le coefficient dattnuation massique / exprim en cm/g, sensiblement indpendant de la densit du matriau absorbant, et ne dpendant plus que de sa composition. Neutronsmodifier Diffusion lastique Diffusion inlastique Capture nuclaire Ractions nuclaires n, n, n, , n, xn, n,p Fission nuclaire. Neutrinosmodifier interactions lectrofaibles cration de leptons. Trs faibles basse nergie, elles croissent vite en fonction de lnergie. Production et dtection des particulesmodifier Les tudes sur les particules ont dbut par ltude des rayonnements mis par les substances radioactives, et avec des dtecteurs de particules portatifs ou de table permettant de dtecter plusieurs particules lmentaires TPN. Pour dtecter dautres particules, il faut modifier le niveau dnergie. On a eu tout dabord recours lobservation des rayons cosmiques, en altitude pour diminuer la dgradation cause par la traverse de latmosphre. Ceci a permis damliorer substantiellement les dtecteurs, car il fallait augmenter leur surface, compte tenu du faible nombre de rayons cosmiques intressants. On sest alors tourn vers la construction des acclrateurs de particules, fournissant un faisceau homogne et bien calibr de particules dont on a progressivement su augmenter le niveau dnergie. situ prs de Palo Alto. afin dtudier les interactions des particules ainsi produites. situ sur la frontire francosuisse. le DESY Deutsche Elektronen Synchrotron. prs de Genve. Son installation principale est le Relativistic Heavy Ion Collider. Son installation principale est PEPII collisions dlectrons et de positrons. Son installation principale est HERA. en Allemagne. un grand collisionneur de protons. Sommaire masquer Historique Le diagramme de Livingston . Le Laboratoire national de Brookhaven. situ Hambourg. ils communiquent de lnergie aux particules On en distingue deux grandes catgories les acclrateurs linaires et les acclrateurs circulaires. De nombreux autres acclrateurs de particules existent. En dautres termes. De trs nombreux petits acclrateurs linaires sont utiliss en mdecine radiothrapie antitumorale. Paralllement. ou BNL. un grand collisionneur dlectrons et de positrons aujourdhui dmantel. qui se chargent de la construction des dtecteurs spcifiques au genre dexprimentation souhait. aux tatsUnis. o lon provoque des collisions entre des lectrons ou des positrons et des protons. Une centaine seulement sont de trs grosses installations. le Fermilab ou FNAL Fermi National Accelerator Laboratory. le SLAC Stanford Linear Accelerator Center. mis en service en septembre dans lancien tunnel du LEP. Son installation principale est le Tevatron collisions de protons et dantiprotons. Actuellement. o lon tudie des collisions entre des ions lourds tels que des ions dor et des protons. ainsi que le LHC. un acclrateur circulaire desservant le LHC ainsi que plusieurs expriences. les expriences de physique des particules sont menes par des quipes en collaborations internationales. situ prs de Chicago. situ Long Island. Les machines lectrostatiques de type industriel composent plus de du parc mondial des acclrateurs industriels dlectrons. les dtecteurs ont progress. Ses quipements principaux sont le Super Proton Synchrotron. En . et les installent auprs dacclrateurs construits galement par des collaborations internationales puissantes. Les acclrateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs lectriques et/ou magntiques pour amener des particules charges lectriquement des vitesses leves. il y avait plus de acclrateurs dans le monde. le LEP. aux tatsUnis. nationales ou supranationales CERN. aux tatsUnis. Les principaux sites dacclrateurs internationaux sont le CERN Organisation Europenne de Recherche Nuclaire. Circulaires o . alors que pour les lectrons. Le Comit International pour les futurs acclrateurs o . Dans les annes . Les acclrateurs lectrostatiques o . Mais ltude de latome et surtout de son noyau ncessite de trs hautes nergies. La source des particules charges tait varie.. Le Vivitron de lIReS Les acclrateurs de demain o . Alternatives Bibliographie Rfrences Voir aussi o . Linaires o . Les astroparticules rayons cosmiques ont permis des dcouvertes majeures mais leur nergie est trs variable et il faut aller les chercher en altitude o elles sont moins rares et plus nergtiques. Perspectives . Liens externes Historiquemodifier En . Les dcharges dans les gaz produisent des ions. Acclrateurs linaires de physique fondamentale .. Le Super Collisionneur Supraconducteur SSC o . Section efficace et luminosit Constructeurs o . Acclrateurs synchrotrons o . il apparat vident quune tude plus approfondie de la structure de la matire allait ncessiter des faisceaux plus nergtiques et plus contrls de particules. Applications Discipline Caractristiques communes Les acclrateurs rectilignes ou linaires Les acclrateurs circulaires Les machines rayonnement synchrotron Les anneaux de stockage Les collisionneurs o . Les autres acclrateurs Les apports de la supraconductivit Liste dacclrateurs Les checs ou les projets abandonns o . ISABELLE Intersting Storage Accelerator Belle o . Le potentiel la surface nuclaire crot dun million de volts pour lhydrogne ordinaire millions pour luranium. Les particules provenant des radiolments naturels sont trop peu nombreuses et peu nergtiques pour pntrer la barrire de potentiel du noyau des lments les plus lourds. Collision lastique et collision inlastique o . le physicien Ernest Rutherford transforma des atomes dazote en isotopes datome doxygne en les bombardant avec des particules alpha engendres par un isotope radioactif naturel. il tait possible dutiliser lmission par un fil chauff ou dautres systmes. Articles connexes o . Lnergie E dune particule dans . Ainsi.U. Bien sr. les synchrotrons protons. lacclrateur lectrostatique. les cyclotrons dont le cyclotron isochrone et le btatron. les champs lectriques et magntiques sont utiliss pour acclrer et diriger les particules et le vide pouss permet que les particules acclres ne soient pas ralenties suite des collisions avec dautres particules prsentes dans le tube cylindrique au sein duquel circule le faisceau. qui choisit de dvelopper une machine partir de lantique lectrostatique.un champ lectrique correspond au produit de sa charge q multipli par la tension U du champ E q. Finalement. chaque machine peut tre associe aux dcouvertes historiques quelles ont permises. La classification des acclrateurs de particules peut suivre lhistorique des technologies employes par exemple. anneaux de collision protons. Plusieurs systmes furent proposs. La course au million de volts avait commenc. lune des meilleures ides fut dveloppe par Robert Jemison Van de Graaff. une premire solution possible tait essentiellement dacclrer les particules dans un tube vide soumis une trs haute tension. Des impulsions priodiques supposent le maintien dun certain synchronisme avec la particule acclre qui dcrit naturellement une ligne droite une trs grande vitesse. John Cockcroft et Ernest Walton. en . E. accomplirent la premire dsintgration russie du noyau par des particules lectriquement acclres. lectrons. les machines tandem . les acclrateurs linaires hyperfrquences. les synchrotrons dont le synchrocyclotron. Les principaux composants ncessaires pour acclrer les particules sont les champs lectriques et magntiques et un vide de bonne qualit . les autres tels que Ernest Orlando Lawrence avec son cyclotron choisirent une voie compltement diffrente renonant obtenir dun coup les ou MeV ncessaires pour pntrer tous les noyaux Ernest Orlando Lawrence pensa atteindre ces nergies par des impulsions lectriques alternatives successives. utilisrent un multiplicateur de tension laide dun montage compliqu de redresseurs et de condensateurs montage Greinacher.O. Expos au muse des sciences de Londres En Angleterre. . Lawrence a rsolu simultanment les deux problmes. qui. Ctait un lment dun acclrateur. . En employant un puissant lectroaimant dans lentrefer duquel les particules sont confines par le champ magntique luimme. Le gnrateur CockcroftWalton tait un multiplicateur de tension fait de condensateurs et de redresseurs. les anneaux des collisions anneaux lectronpositron. Construit en par Philips Eindhoven. Sans aucun doute. ne suit donc pas lextrapolation. a t recalcule comme si lnergie des particules observes tait le rsultat dune collision avec un proton au repos. physicien spcialiste des acclrateurs de particules. lnergie des collisionneurs. de lnergie et de lespace et du temps. Applicationsmodifier Lacclrateur de particules AGLAE utilis pour lanalyse non destructive de pices de muse. Les acclrateurs ont des applications aussi varies que la physique nuclaire production de neutrons. On constate un net flchissement des performances qui indique peuttre un premier signe de fatigue de la discipline. exploration et comprhension des composants lmentaires de la matire. Il montre la croissance exponentielle de lnergie des faisceaux acclrs.Les acclrateurs peuvent tre classs selon lnergie basses nergies de MeV moyenne nergies de MeV hautes nergies plus de GeV et audel du TeV Tera lectronvolt eV. pour la recherche fondamentale sur les particules lmentaires des hautes nergies . On peut les appeler circulaires . Laxe vertical a t tendu TeV. on les appelle rectilignes ou linaires . . TeV TeV. mdecine. a tabli ce diagramme dans les annes . Plus simplement. on gagnait un facteur tous les ans dans lnergie des collisions ralises. Pour comparer les diffrents acclrateurs. on aurait atteint TeV ds . qui sexprime dans le centre de masse. Si lvolution stait maintenue. Le diagramme de Livingstonmodifier Stanley Livingston. Le caractre fondamental de nombreux acclrateurs modernes est la prsence dun champ magntique enroulant les trajectoires sous forme de cercles ou de spirales. Le cot par eV dnergie du faisceau est rduit dun facteur par priode de ans. CERN. Le LHC Large Hadron Collider. Dautres acclrent en ligne droite. Dautres classifications sont possibles selon les applications de lacclrateur industrie. Ce diagramme classique est modifi laxe horizontal a t tendu aux annes . Dans le pass. recherche fondamentale. ces trs grandes machines des XXe et XXIe sicles peuvent tre classes selon la gomtrie des trajectoires de lacclration linaire ou circulaire. scintigraphies. ions lourds Faisceaux dlectrons Gravure des circuits intgrs Irradiation des aliments Strilisation Spectromtrie de masse par acclrateur Datation Application des acclrateurs pour la recherche Recherche Mthodes Acclrateurs Synchrotrons. ils servent acclrer des faisceaux de particules charges lectrons. positons. Tandem. Linac Matire condense et physique des Diffraction. Physique atomique Collisions atomiques cyclotron. le milliard dlectronvolts GeV eV. La physique des hautes nergies ou subnuclaire ou des particules lmentaires se dfinit justement partir du GeV et audel. Physique des matriaux Van de Graaff Tandem spectromtrie de masse . Matire condense structure et Diffusion de neutrons Linac proton proprits magntiques Cristallographie des protines. le domaine mdical. pour le traitement des cancers par radiothrapie . Lnergie des particules ainsi acclres se mesure en lectronvolts eV mais les units sont souvent le million MeV eV. Radiothrapie anti tumorale lectrons. Physique des particules Collisions collisionneurs protons ou lectrons Acclrateurs dions lourds synchrotron. protons. Tandem. Domaine Recherche en physique Mdecine Mdecine Electronique Scurit alimentaire Archologie Applications gnrales des acclrateurs de particules Mthodes Buts recherchs Exploration de la matire voir Faisceaux nergtiques de particules tableau suivant Production de radioisotopes Imagerie. synchrotron IR. En physique fondamentale. des Rayonnement Biologie. activation. X proprits magntiques. chimiques dichrosme circulaire magntique. ions pour les faire entrer en collision et tudier les particules lmentaires gnres au cours de cette collision. spectroscopies dabsorption. laser chimique et biochimique lectrons libres Analyse par activation. UV. traceurs Irradiations rayons X. Physique nuclaire Collisions noyaunoyau cyclotron. mous. protons. Linac Acclrateurs dions lourds synchrotron. le domaine militaire. chimie virus. X durs et lectroniques des matriaux spectroscopies de photomission. gamma. cintique synchrotron. imagerie. Rayonnement surfaces structure de la matire. en particulier pour la simulation des armes nuclaires. antiprotons. paragraphe prcdent La discipline. simulation numrique. ou les diffrentes sessions de lcole des acclrateurs du CERN. Mcanique. Diagnostic Interaction particulesmatire. En plus de la physique qui lui est propre. lectronique HF. le guidage du faisceau le long de lacclrateur laide de dflecteurs lectrostatiques ou magntiques. Elle est reprsente et anime en France par une division la Socit Franaise de Physique et en Europe par un groupe lEuropean Physical Society. ionique. antiparticules comme lantiproton et le positron. de la source la cible et dans un vide pouss Production et mission des particules charges par exemple grce une cathode ions proton ou lectrons en gnral. la focalisation du faisceau pour empcher sa divergence lentilles lectrostatiques ou magntiques. la Joint Universities Accelerator School. statistiques. transport. traitement du signal.. partir du niveau master . dynamique hamiltonienne.Disciplinemodifier Ltude et la conception des acclrateurs de particules est une discipline extmement riche car au confluent de nombreuses physiques et technologies de pointes Source de particules Physique atomique. automatisme. Dynamique des faisceaux relativit. supraconductivit. Hautes tensions Electrotechnique. organisent de nombreuses confrences et workshops confrences. ltonnante varit des applications des acclrateurs permet ses physiciens de ctoyer de nombreuses communauts de chercheurs cf. Citons. . possde une dimension internationale. utilisant des procds techniques divers champs lectriques continus ou alternatifs haute frquence. lacclration proprement dite ventuellement par plusieurs sections successives. cinmatique. thermique. Ces entits. remplissant diverses fonctions. la physique et technologie des acclrateurs est enseigne. Contrlecommande informatique. par exemple. lectronique BF. de par les projets gigantesques quelle engendre. Japon. un master de luniversit Parissud .. En France.. Chine. Structures acclratrices et de transport Techniques du vide. Caractristiques communesmodifier Tous les acclrateurs de particules sont constitus de plusieurs sousensembles successifs. par quelques universits ou organismes europens. Russie. Radioprotection Physique nuclaire. en collaboration avec les autres socits savantes trangres USA. interaction particulesmatire. lectromagntisme.. linjection dans le tube cylindrique vide dair o les particules seront acclres. des plasmas. Chambre de lacclrateur Techniques du vide et de lultravide. en passant travers une faible quantit de matire petite section de gaz ou feuille de mtal ou de carbone trs mince. des microcristaux et des plus grosses molcules. complexes. et il est peu commode de les loger dans une lectrode haute tension. Le principal inconvnient porte sur la plus forte difficult produire des ions ngatifs avec un excs dlectrons que des ions positifs avec un dfaut dlectrons. Mais les sources dions multichargs sont. o systme de collimation galement pour les applications mdicales. par exemple les acclrateurs lectrostatiques Une haute tension statique est applique entre lectrodes produisant ainsi un champ lectrique statique o Les multiplicateurs de tension combinaison en cascade de condensateurs et de redresseurs de type Greinacher ou Cockcroft et Walton permettent dobtenir des hautes tensions qui ont les caractristiques des machines proprement lectrostatiques Singletron . La source dions et la cible sont toutes deux la masse ou sol. Les ions les plus lourds peuvent atteindre des nergies finales de plusieurs centaines de MeV.Pour accrotre lnergie tension constante. en gnral. La cible peut tre un autre faisceau. en lectronvolts. Les acclrateurs rectilignes ou linairesmodifier On trouve plusieurs techniques dacclration. on ne peut quaugmenter la charge lectrique. Lnergie finale vaut alors neV si n est le nombre de charge de lion positif final. o Le gnrateur lectrostatique le plus typique est le gnrateur de Van de Graaff la diffrence de potentiel est de quelques MeV MeV pour les acclrateurstandem de type Vivitron ou Laddertron ou Pelletron. Dans ce type de machines. des virus. la haute tension est produite comme suit des charges sont dposes sur une courroie isolante lextrmit du tube acclrateur. Lacclration sous quelques centaines de keV fournit des longueurs dondes adaptes aux dimensions des cellules. Les ions positifs ainsi forms sont acclrs par la tension V. o cible paisse ou mince. Pour des protons en dmarrant avec une source dions H. lnergie finale est le double de celle permise par une machine classique avec une source de protons. enfin la prparation du faisceau de particules son utilisation o dflecteurs qui dplacent le faisceau dans la direction voulue. Lacclrateur lectrostatique tandem apporte une solution ce problme. Lnergie acquise par les particules est gale. mtallique destine produire des rayons X de haute nergie notamment pour les applications mdicales. Les ions ngatifs charge e produits par la source sont acclrs jusquau milieu du tube potentiel V. o Le microscope lectronique est le plus connu des acclrateurs lectrostatiques. . o dtecteurs des particules. au produit de leur nombre de charge par la diffrence de potentiel entre leur lieu de production source et leur lieu dextraction. o raccordement un autre acclrateur recherche en physique des particules. Ils traversent un plucheur dlectrons stripper. Tandetron de HVEE. le champ magntique varie pendant lacclration. Longueur mtres. ils sont apparus ds avec lacclrateur linaire de Widero. les charges sont ensuite rcupres lautre extrmit de lacclrateur. et maintenant dvelopps comme lments de grands collisionneurs linaires. Au contraire. Mc Millan et V. cestdire lintensit du champ lectrique acclrateur. considrablement rduit. les acclrateurs linaires radiofrquences de type Widero ou Alvarez . on obtient lquivalent dun acclrateur rectiligne ayant. non pas des kilomtres. En revanche ils ont de nombreux avantages. En France. Les acclrateur linaires ne permettaient pas. le plus grand acclrateur linaire au monde est celui de Stanford aux tatsUnis voir le Centre de lacclrateur linaire de Stanford. Les sources alternatives Haute Frquence utilises sont presque toujours des klystrons tubes amplificateurs hyperfrquences dont la puissance de crte peut atteindre MW. Les acclrateurs circulairesmodifier Ce sont les acclrateurs circulaires qui dtiennent le record dnergie. On distingue ainsi deux types dacclrateurs circulaires . Actuellement. elles reviennent courant vers leur source travers un pont de rsistance qui produit la tension. mais des milliers de kilomtres de longueur. Courant de crte MA. la gomtrie est ouverte . Veksler. Les synchrotrons sont donc. Les acclrateurs linaires sont plus anciens que les acclrateurs circulaires . dans les synchrotrons E. Les particules sont acclres par impulsions successives convenablement synchronises sans avoir isoler des diffrences de potentiel quivalentes lnergie finale. mais le champ lectrique est de haute frquence. les trajectoires sont des spirales ce sont le cyclotron E. initialement. la courroie est entraine par un moteur source dnergie. Couramment appels LINAC lments disposs en ligne droite la trajectoire des particules est toujours rectiligne. Ils sont souvent utiliss comme injecteurs de faisceaux dans les grandes structures collisionneurs circulaires. on a construit Orsay en Essonne un acclrateur linaire et son Anneau de Collision ACO dont lnergie tait de lordre du GeV. nergies maxima GeV . et un aimant massif et o. repris par Sloan et Lawrence aux tatsUnis. et le synchrocyclotron conu Berkeley en . Lnergie reue par mtre de trajectoire. au dbut des annes . par suite. En effet. On distingue encore deux types selon quil sagit acclrateurs dions basses nergies ou dlectrons haute nergie. Il est facile de comprendre pourquoi. Puissance de crte par klystron MW. Parmi les circulaires on distingue dabord ceux qui emploient un champ magntique fixe. de telle sorte que celleci a lieu sur un cercle invariable et que llectroaimant annulaire est. nergie gale. GeV avec cavits Haute Frquence de stockage. nombre de Klystrons . les acclrateurs permettant davoir des orbites de trs grand rayon. En enroulant la trajectoire. de produire des faisceaux daussi grande nergie que les acclrateurs circulaires. pour des raisons conomiques. La puissance norme transporte par le faisceau MW continu pose des problmes technologiques. Lawrence. cestdire que lon peut envoyer ou extraire le faisceau facilement et un faisceau de flux lev pourra tre transport avec les technologies actuelles. Le faisceau en passant dans une suite de cavits o rgne un champ lectrique alternatif va pouvoir atteindre une nergie de quelques centaines de MeV. est limite par des facteurs physiques et techniques. Contrairement au cyclotron. formateur et pluridisciplinaire. La lumire synchrotron rayonnement synchrotron fait lobjet de demande de temps daccs en forte croissance dans tous les pays du monde. Les synchrotrons ont permis dobtenir des preuves exprimentales dlments fondamentaux comme les quarks. Llectroaimant du synchrocyclotron au centre de protonthrapie dOrsay les synchrotrons Article dtaill Synchrotron. Les machines rayonnement synchrotronmodifier Article dtaill rayonnement synchrotron. Aujourdhui un synchrotron mme de troisime gnration est un trs grand instrument banalis. Lorsquun synchrotron fait tourner des faisceaux dlectrons. Ils sont utiliss dans les collisionneurs actuels. Ils peuvent acclrer des particules charges. Dans ce type dacclrateur. plus la frquence du signal alternatif appliqu sur lintervalle doit augmenter. Un des premiers synchrotrons. le Bvatron Berkeley. Historiquement. Plus lnergie augmente. le GANIL Grand acclrateur national dions lourds situ Caen est constitu de deux cyclotrons isochrones. en particulier en France. Les trajectoires des particules sont des spirales. servit dmontrer lexistence de lantiproton. Lacclration est ralise par un champ lectrique rsonnant. accessible. lnergie possible est limite par le rayonnement inhrent au mouvement circulaire des lectrons. Ces machines ont permis de dcouvrir de nombreuses particules lmentaires. sont constitus dun seul aimant de courbure dont le diamtre peut atteindre plusieurs mtres. partag. les particules circulent sur la mme trajectoire presque circulaire lintrieur dune srie daimants de courbure. des ions lourds mais pas les lectrons. le champ magntique augmente au fur et mesure que lnergie des particules augmente. pour maintenir lacclration constante. le champ magntique nest pas appliqu sur toute la surface circulaire. Il y a ceux qui acclrent les lectrons comme le LEP et ceux qui acclrent les protons comme le SPS. mais uniquement sur la circonfrence. Le courant alternatif est appliqu seulement sur lintervalle et non sur tout le parcours des particules. les cyclotrons Article dtaill Cyclotron. Afin de maintenir les particules sur la mme trajectoire. qui crot trs vite et dissipe . En France. le cyclotron a permis la dcouverte de plusieurs particules fondamentales. utilises par un nombre important de mthodes danalyse de la lumire. dautre part. ultraviolet du vide. anneaux de stockage dlectrons ont t construits pour paramtrer et utiliser ce rayonnement. Le Synchrotron SOLEIL Source optimise de Lumire dnergie intermdiaire du Lure est le second site dun synchrotron de troisime gnration en France. Les trois plus grands synchrotrons gnrateurs de lumire synchrotron sont le SPring GeV Hyogo. Le rayonnement des synchrotrons de troisime gnration est mille milliard de fois plus brillant que les rayons mis par des quipements de laboratoire comme les tubes rayons X. dont lintensit. dans ltude de la matire vivante. dans lequel les lectrons tournent fois par seconde une vitesse proche de celle de la lumire. Anneau de stockage de particules ACO dOrsay . Essonne. Grenoble. Des dispositifs scientifiques onduleurs.lnergie reue par les particules. . sur le plateau de Saclay. en microlithographie des circuits intgrs. et. Dans les acclrateurs dlectrons. De rayonnement photonique parasitaire J. GeV. France. Ces machines sont constitues dune part dun injecteur et dun anneau de stockage dune circonfrence de cent plusieurs centaines de mtres. Blewett. Cette radiation lectromagntique est connue sous le nom de Bremsstrahlung dans le cas dun tube rayons X. en chimie. de lignes de lumire et de postes exprimentaux priphriques qui utilisent la lumire mise par les lectrons lors de passage dans des aimants de courbure ou des chicanes magntiques wigglers et onduleurs places sur leur trajectoire. rayons X. et lESRF European synchrotron radiation facility. GeV. Le Synchrotron SOLEIL est compose de deux acclrateurs un acclrateur linaire et un acclrateur circulaire booster et dun anneau de stockage. Japon. rayons gamma permettent une exploitation en physique. lumire dnomme rayonnement synchrotron. Les anneaux de stockage peuvent faire office de collisionneurs lorsque les faisceaux stocks sur des orbites spares sont mis en interaction par courtcircuit de la haute tension lectrostatique de sparation . Les synchrotrons produisent des ondes magntiques de toutes longueurs donde. Les anneaux de stockagemodifier Ils servent mettre en attente et renforcer les faisceaux de particules qui seront injectes dans lacclrateur collisionneur. le spectre lumire visible. lAPS Advanced Photon Source. la lumire synchrotron est devenue dsirable. Argonne. USA. polygone de m de primtre. des cavits rsonantes acclratrices fournissent lnergie perdue par le rayonnement synchrotron ou synchrotronique. Les anneaux de stockage intersection Intersecting Storage Rings . Le seul et unique exemple fut lHERA. Il faut des milliers de bouffes pour former un faisceau stock. Les faisceaux de protons se croisent en ou points. La mcanique quantique met en relation cette longueur donde avec lnergie des particules entrant en collision plus lnergie est haute. car la densit des particules dans le faisceau dun acclrateur est beaucoup plus faible que la densit des noyaux dans une cible fixe. Le gain dnergie utile est considrable. La clbre quation Emc gouverne lnergie de collision E requise pour produire une particule de masse m. plus courte est la longueur donde. proton contre antiprotons. il faut donc disposer de courants acclrs trs intenses. Pour provoquer des collisions entre des bouffes dlectrons et des bouffes de positrons. le Tevatron . LAnneau de Collision dOrsay ACO a fonctionn du dbut des annes jusquen . Les lois de la mcanique quantique permettent de dcrire les particules la fois par leur trajectoire physique et par leur fonction donde. le LHC. linjection des deux types de particules durait environ une demiheure. ions contre ions. La plupart des objets qui intressent les physiciens des particules lmentaires aujourdhui nexistent pas ltat libre dans la nature . ils doivent tre crs artificiellement en laboratoire. Ils ont permis dobserver la production de particules grande impulsion transverse. Si la longueur donde de la particule sonde est courte. le LEP. hadrons contre hadrons protons contre protons. Il y a une autre raison lutilisation des hautes nergies. Les collisionneursmodifier Les machines de pointe actuelles sont des collisionneurs. Deux faisceaux dlectrons et de positrons peuvent y circuler simultanment. Exemples le RHIC . lectrons contre protons. Le choc de front dans le centre de masse de deux faisceaux de particules libre toute lnergie cintique acquise lors de lacclration. . le LHC pourra galement faire entrer en collision des ions lourds au sein de lexprience ALICE. taient un exploit technique mais les rsultats de leur physique nont pas t la hauteur. Plusieurs des particules les plus intressantes sont si lourdes que des nergies de collision de centaines de GeV sont ncessaires pour les crer. Lanneau de stockage peut fonctionner en anneau de collision. ce qui a conduit au dveloppement des techniques de stockage et daccumulation des faisceaux. Les ISR CERN. les particules taient injectes la cadence dune dizaine de bouffes par seconde. Au total. ISR permettent de stocker dans deux anneaux spars un seul type de particule. En fait pour comprendre et consolider les thories actuelles il faut aller audel du TeV en construisant des acclrateurs permettant la physique Terascale. Exemples le SLAC . la matire peut tre examine une chelle extrmement petite. Il y a quatre catgories de collisionneurs lectrons contre positrons. Pour obtenir un taux dinteraction dcelable. Pour examiner la structure intime des constituants du noyau atomique les acclrateurs doivent acclrer les particules audel de GeV. Il sagit dun synchrotron dont on garde le champ magntique constant. Exemples le SPS . Cela ne va pas sans difficults. Il a servi dinjecteur au Large Electron Positron LEP et servira Large Hadron Collider LHC. Le lieu de construction ainsi que les technologies employes nont pas encore t dtermins le Technical Design Report nest attendu que pour . XXIe sicle qui utilisera largement la supraconductivit. chacune ayant lnergie E. Les acclrateurs linaires permettent de choisir entre les protons et les ions lourds de plomb. Les pracclrateurs sont le PS Proton Synchrotron et le SPS Super Protron Synchrotron. le collisionneur et les expriences au LHC en . une nergie beaucoup plus faible que lnergie du projectile. lnergie dans le centre de masse sera gale E. il permettra. Les expriences principales sont reprsentes en jaune sur le collisionneur. avec un proton au repos gnre. Le systme des pracclrateurs. La diffrence est que les collisionneurs produisent des collisions directement entre deux faisceaux de particules acclrs en sens inverse et non plus sur une cible fixe. entre et . La proportion dnergie vraiment utilisable dcroit avec lnergie des projectiles. Si on fait entrer en collision deux particules de directions opposes. Au CERN. le Super Proton Synchrotron SPS atteint des nergies de GeV. et non pas une fraction comme dans les expriences cible fixe des acclrateurs classiques. Un tel choc permet dutiliser toute lnergie produite. Linvention des collisionneurs permet de surmonter la baisse de rendement lie aux lois de la mcanique relativiste des acclrateurs quand lnergie crot. sont galement envisages des collisions lectrons contre ions. Le collisionneur linaire lectrons . par exemple. Le Proton Synchrotron Booster nest pas reprsent. Genve.positons de Stanford LILC International Linear Collider est en voie dtude XXIe sicle. Avec le Large Hadron Collider du CERN. Circulairesmodifier Ces acclrateurs collisionneurs sont semblables aux synchrotrons dans le sens o les particules circulent galement le long dune trajectoire circulaire de rayon invariant. dans le systme du centre de masse.Par ailleurs. Le choc entre un proton acclr. dexplorer la matire audel de nos connaissances . Linairesmodifier Les collisionneurs linaires lectronslectrons. Une partie de lnergie a t transforme en masse. Son unit est le barn b. Deux LINAC de kilomtres de long se feront face. fb femtobarn. Van de Graaff et ses collgues crrent en lHVEC High Voltage Engineering Corporation. La qualit dun collisionneur produire des collisions sappelle sa luminosit.actuelles et des possibilits des acclrateurs actuels. En Suisse. b cm. pressuriss en air pour alimenter des injecteurs de cyclotron. Les faisceaux entreront en collision fois par seconde. la place ou en plus des particules incidentes. Section efficace et luminositmodifier La probabilit dune interaction lors de la collision entre deux particules sappelle sa section efficace dimension dune surface L. pb picobarn. Les processus rares ou trs rares sexpriment en sous multiples du barn b microbarn. Haefely dveloppa des gnrateurs multiplicateurs de tension. existence des supersymtries. de la vitesse de la lumire. Les faisceaux dlectrons et de positrons atteindront chacun . La SAMES construisit et commercialisa des gnrateurs Felici de MV et A jusqu ce quils soient dtrns par les gnrateurs courants redresss. Des acclrateurs lectrostatiques dlectrons et dions. La nature des collisions lILC devrait permettre de complter les questions souleves par des dcouvertes du LHC matire sombre. les deux particules incidentes sont conserves. MeV entrrent en production. Elle se mesure en cm. Dans le centre de masse seules les directions des particules ont chang.s. La production dacclrateurs lectrostatiques Tandem commena en . En France la fin de la seconde Guerre mondiale. Aprs une collision inlastique. les cavits acclratrices supraconductivit opreront une temprature proche du zro absolu. La demande fut telle quune filiale europenne commena une production aux PaysBas sous le nom de HVEE High Voltage Engineering Europa. Chaque faisceau contiendra milliards dlectrons ou de positrons comprims dans une section de trois nanomtres. Par exemple le Large Hadron Collider aura une luminosit de cms en rgime nominal. seules leurs impulsions sont modifies. Nol Felici Grenoble commena construire des gnrateurs lectrostatiques cylindre fonctionnant dans lhydrogne. Aprs une collision lastique. nb nanobarn. Constructeursmodifier Les acclrateurs lectrostatiquesmodifier La production commerciale des acclrateurs courant continu a dbut la fin des annes avec les sries de machines CockcroftWalton construites par Philips Eindhoven. J. Au rendezvous des collisions. La haute luminosit dun collisionneur est aussi importante que la haute nergie dans la recherche dvnements rares. En URSS la production dacclrateurs courroie commena en Lningrad . avec des nergies de . . La somme vectorielle des impulsions est conserve. Le systme du centre de masse est celui o les deux particules initiales ont des impulsions gales et opposes. dautres particules sont cres. Collision lastique et collision inlastiquemodifier Le systme du laboratoire est celui o le dispositif exprimental est au repos. Institut de recherche en lectrophysique Efremov. Des acclrateurs lectrostatiques simples MV et un Tandem vertical de MV furent conus en URSS et exports en Finlande, Chine et ailleurs. En , Radiation Dynamics Inc. construisit des gnrateurs multiplicateurs de tension de type Dynamitron imagins par Cleland, pour alimenter des acclrateurs dlectrons et dions. Ray Herb remplaa la courroie des Van de Graaff par un systme de charge par chane alternant lment en nylon et lments en acier le systme Pelletron. En , il fonda NEC National Electrostatics Corporation qui construisit des acclrateurs verticaux et horizontaux pour la recherche et la physique nuclaire. On lui doit le Pelletron de MV de Oak Ridge record mondial dans cette classe dacclrateurs lectrostatiques. En Purser, chez General Ionex Corporation, commena fabriquer de petits acclrateurs tandem pour la recherche en utilisant le systme invent par Cleland. Sous le nom de Tandetron et Singletron, ces machines fondes sur des gnrateurs courant continu sont maintenant fabriques par HVEE. En , Letournel Strasbourg cra VIVIRAD lorigine de la fabrication du VIVITRON. Les autres acclrateursmodifier Lhistoire des constructeurs des cyclotrons et des synchrotrons reste crire. Les grands quipements ont fait lobjet dune coopration o lon trouve les noms de General Electric, Siemens, la Compagnie gnrale de radiologie, Alsthom, Mitsubishi, Kraftanlagen, Argos. Dans les applications mdicales radiothrapie les petits acclrateurs linaires sont construits par Varian Clinac Varian Linear accelerators, Siemens, Elekta, OSI Oncology Services International,IBA Ion Beam Application LouvainlaNeuve, Belgique. Les km dlectroaimants du LHC sont bobins avec km de cble supraconducteur. Ce cble est produit, depuis lan , dans quatre usines en Europe, une au Japon et une aux tatsUnis. Au total, quatre entreprises sont impliques dans cette production Alstom, European Advanced Superconductors, Outokumpu et Furukawa. Les apports de la supraconductivitmodifier Cbles dalimentation des expriences du CERN en haut, les cbles du LEP en blanc, les cbles du LHC, supraconducteurs mme puissance. Un des progrs technique les plus importants des annes a t la maitrise des supraconducteurs destins aux aimants et aux cavits acclratrices. Certains mtaux refroidis une temprature proche du zro absolu C perdent alors toute rsistivit lectrique, ce qui permet dy faire circuler sans perte des courants levs. Fabriquer des lectroaimants supraconducteurs a t une suite de difficults lies au quenching le champ magntique peut altrer la supraconductivit et donc le mtal supraconducteur. Les lectroaimants doivent atteindre Teslas Gauss pour tre utiliss dans les acclrateurs. Le but a t atteint avec le Tevatron grce un anneau daimants supraconducteurs. La supraconductivit peut rduire la consommation lectrique des cavits radiofrquences, surtout dans les collisionneurs lectronspositrons, o lnergie se dissipe en chaleur presquautant quelle est communique aux particules . La supraconductivit est aussi utilise pour la fabrication des cavits acclratrices radiofrquence qui permettent de stocker et damplifier le champ lectrique destin acclrer le faisceau de particules charges. Pour pouvoir obtenir des champs acclrateurs de lordre de MV/m presque MV/m prs de la surface il faut injecter une onde radiofrquence dans la cavit. Des courants de lordre de A/m circulent sur la surface interne la cavit et provoquent un chauffement des parois. On ne pourrait pas obtenir de champs aussi levs en continu avec un conducteur normal les parois se mettraient fondre En radiofrquence, la rsistance dun supraconducteur nest pas rigoureusement nulle, mais elle reste environ fois plus faible que celle du cuivre, do lintrt principal de cette technologie pour les cavits acclratrices. Mais ce nest pas le seul avantage lutilisation de cavits supraconductrices influence aussi le design de lacclrateur et la qualit des faisceaux obtenus par exemple leurs formes plus ouvertes facilitent lalignement du faisceau quand celuici doit se faire sur plusieurs dizaines de km, cela devient un argument consquent. Liste dacclrateursmodifier Article dtaill Liste des acclrateurs en physique des particules. Voir la liste mise jour rgulirement par ELSA, institut de physique, universit de Bonn Allemagne. Les sites gographiques Le Tevatron au Fermilab Chicago Lacclrateur de particules du Weizmann Institute of Science, Isral. lment de lacclrateur DESY tatsUnis Brookhaven, Cornell, Stanford, Fermilab Tevatron au Fermilab Chicago .U. Synchrotron protons de TeV aimants supraconducteurs Collisionneur protonsantiprotons. A permis la mise en vidence du quark top en GeV RIA la Michigan State University .U. SLAC Stanford. Lacclrateur de particules de , km de long situ sur le site est le plus long acclrateur linaire au monde. .U. ILC Stanford RHIC Upton, New York .U. Site officiel Europe UNILAC au GSI Darmstadt Allemagne DESY Hambourg Allemagne Hadron Electron Ring Accelerator ou HERA Hambourg Allemagne PETRA Hambourg Allemagne LAL Laboratoire de lAcclrateur Linaire, Orsay, France VIVITRON Strasbourg France Arrt dactivit en . ESRF Grenoble France Site officiel GANIL Caen France Site officiel Synchrotron Soleil SaintAubin Essonne France Large Electron Positron ou LEP au CERN Genve Suisse Large Hadron Collider ou LHC au CERN Genve Suisse AGOR cyclotron KVI Groningen PaysBas Nuclear Research Institute Rez plc Rpublique tchque Cyclotron isochrone protons Russie et Bilorussie UNK Serpoukhov VEPP Novosibirsk Joint Institute for Power and Nuclear Research. Les travaux ont commenc en mais en les aimants supraconducteurs ne se sont pas montrs aussi puissants quil aurait fallu. Japon KEK High Energy Physics and Accelerator quotKohEneKenquot Tsukuba Japon Linac TRISTAN Tokyo Core KAERI Korea Atomic Energy Research Institute KAERI Rpublique de Core Acclrateur linaire proton MeV. Le projet est abandonn en juillet par le dpartement de lnergie. Le Super Collisionneur Supraconducteur SSCmodifier . Linac et anneau de stockage de mtres de diamtre. Cest le retard de la mise au point de ces aimants supraconducteurs qui ont amen la faillite du projet. Les checs ou les projets abandonnsmodifier ISABELLE Intersting Storage Accelerator Bellemodifier Anneau de stockage et collisionneur protonproton qui devait tre oprationnel au Laboratoire national de Brookhaven BNL. La dcouverte en des bosons W et Z au CERN a diminu ensuite lattrait du projet ISABELLE en. mA ITEP Institute for Theoretical and Experimental Physics Fdration de Russie Synchrotron protons de MeV Chine Pkin BEPC Beijing Electron Positron Collider. mA. Minsk Bilorussie Gnrateur lectrostatique KeV mA PNPI Petersburg Nuclear Physics Institute Fdration de Russie Synchrocyclotron protons MeV . seul en course pour relever le dfi de la confirmation exprimentale de lexistence du boson de Higgs. est maintenant lobjet de collaborations entre les spcialistes des plasmas. ceux des lasers et dautres branches de la physique. Lexploitation du Vivitron a pris fin en . Donc la courroie de charge avait une longueur de mtres et allait dun bout lautre du tank. En . . en principe. Le cahier des charges na pas t rempli. une meilleure distribution du champ lectrique grce des lectrodes disposes judicieusement.Dune circonfrence de kilomtres sur une aire de Waxahachie au Texas ce collisionneur de hadrons. Le Congrs amricain dcida dabandonner le projet en en raison du cot prohibitif de la ralisation et peuttre de leffondrement de lUnion sovitique. plusieurs quipes ont entrepris de rechercher de nouvelles techniques dacclration des particules. Le Vivitron de lIReSmodifier Le Vivitron a t concu par Michel Letournel dans les annes . tonnes de SF. Lide de base. le montage entre et . tait un Van de Graaff Tandem dont la tension maximale avait t porte millions de volts. fut incorpore dans le projet dun acclrateur lectrostatique. Les prouesses techniques taient prometteuses. kilomtres de tunnel taient creuss fin . la tension maximale atteinte a t de millions de volts comme dans les projets similaires aux tatsUnis et en GrandeBretagne. Le Centre de recherches nuclaires de Strasbourg avait une exprience solide en matire dacclrateurs lectrostatiques de diverses nergies. La science des acclrateurs qui tait jusqu prsent lapanage des laboratoires constructeurs. Les acclrateurs de demainmodifier Le Comit International pour les futurs acclrateursmodifier Le problme financier devient dautant plus sensible que la taille des acclrateurs tend crotre dmesurment. aprs diffrents dveloppements originaux mens son initiative sur un acclrateur Van de Graaff Tandem de type MP au sein du Centre de Recherches Nuclaires de Strasbourg. Le dernier acquis. mtres. Ce Van de Graaff tandem diffrait des plus grandes machines de ce type par sa structure mcanique interne. La distribution uniforme du champ lectrique tait obtenue par un systme de portiques quips chacun de lectrodes discrtes. Le site est actuellement inoccup. la suite des rflexions de lICFA. Les tudes ont commenc en . les dimensions impressionnantes longueur de tank de mtres. le Large Hadron Collider. diamtre au centre du tank . devait transporter des faisceaux de TeV pour contribuer la mise en vidence du Boson de Higgs. au dbut des annes . surnomm Desertron. La construction a commenc en et . le Vivitron. dune tension maximale de millions de volts. Il a t prsent pour la premire fois au laboratoire national dOak Ridge USA lors dune confrence internationale en . Cet abandon laisse son concurrent europen. le fonctionnement tait fiable MV. ralise partir de longerons horizontaux de grande longueur en composite poxyfibre de verre et de plots radiaux en poxy charge dalumine. cavits supraconductrices qui fonctionneront C. qui utilisera des cavits acclratrices en cuivre. est le Compact LInear Collider CLIC. Allemagne par le projet de supercollisionneur linaire TESLA TeraElectronvolt Energy Superconducting Linear Accelerator. GeV GeV dnergie disponible chaque collision. qui consiste utiliser un faisceau de faible nergie et de haute intensit faisceau pilote pour crer un faisceau haute nergie et de faible intensit faisceau principal. Lacclrateur linaire du CERN qui succdera au LHC. Une deuxime voie est reprsente par le projet CLIC. acclrateur linaire protons de GeV qui serait intgr au centre de lanneau du Tevatron. Le projet CLIC vise une nergie de TeV. Le projet X est un modle rduit mtres de lILC. et notamment les dtecteurs. les lasers lectrons libres LEL. Il adopte un concept appel acclration deux faisceaux . Les physiciens amricains Fermilab envisagent des collisions de muons et des usines neutrinos. des progrs tant attendus sur les onduleurs. Le projet TESLA est un acclrateur linaire de kilomtres de long. le champ acclrateur est limit quelque MV/m cause de claquage des parois pour des champs plus importants. loptique des lignes de lumire. Laprs LHC collisionneur circulaire est reprsent au DESY Deutsche Elektron Synchrotron. et linstrumentation. collisionneur linaire eeentirement supraconducteur.de km de long. lvolution technique des synchrotrons est loin dtre acheve. en quelque sorte lquivalent dun transformateur lectrique. LInternational Linear Collider ILC concurrent de CLIC est plus avanc mais moins puissant que lui sa technologie est plus matrise. LILC souffre cependant du dsengagement des gouvernements britanniques et amricains. Prvu pour les annes collisionneur linaire ee. ce qui rduit la taille de lacclrateur. prpar par le CERN mais en retard sur TESLA. De nouvelle perspectives existent en termes de machines drives des actuels synchrotrons mais complmentaires.Perspectivesmodifier Acclrateurs linaires de physique fondamentalemodifier La notion Terascale qualifie une physique qui dcrit les collisions des particules hautes nergies partir du TeV eV. Acclrateurs synchrotronsmodifier Alors que lon se trouve dj la e gnration de machines. Le LHC et le Tevatron sont des acclrateurs Terascale. Alternativesmodifier Dans ces structures conventionnelles. des champs dacclration suprieurs MV/mtre. Le boson de Higgs et les indices des supersymtries seront tudis. Afin datteindre des nergies . Ses cavits en cuivre permettent dobtenir de trs grandes acclrations des particules. Cela reste toutefois valider sur le plan technologique. rechercher Pour les articles homonymes. voir Boson homonymie. Les champs acclrateurs sont aussi nettement plus levs. Les bosons reprsentent une classe de particules qui possdent des proprits de symtrie particulires lors de lchange de particules un systme de particules identiques se comportant comme des bosons est toujours dans un tat totalement symtrique par rapport lchange de particules. Aller Navigation. Sommaire . ce qui limine les problmes de claquage. Plus gnralement. ces derniers ne pouvant tre que dans un tat totalement antisymtrique par rapport lchange de particules. Boson Un article de Wikipdia. Le fait quune particule soit un boson ou un fermion a dimportantes consquences sur les proprits statistiques observables en prsence dun grand nombre de particules les fermions sont des particules qui obissent la statistique de FermiDirac alors que les bosons obissent la statistique de BoseEinstein. les bosons montrent une tendance sagrger lors des processus dinteraction entre les particules. Lacclration a lieu dans un milieu dj ionis. Photons mis dans le faisceau cohrent dun laser. comme par exemple lors de lmission stimule de lumire qui donne lieu au laser. alors que les particules de spin demientier sont des fermions. Toutes les particules lmentaires dcouvertes ce jour sont soit des bosons. responsable notamment de la superfluidit de lhlium ou de la supraconductivit de certains matriaux. il faut donc construire des structures gigantesques LEP. cette statistique implique une transition de phase basse temprature. lencyclopdie libre. LHC mais abandon du SSC. ce qui permet de rduire la longueur dacclration. Une alternative possible est lacclration dlectrons par interaction laserplasma. Le thorme spinstatistique indique que les particules de spin entier sont des bosons. Dans le cas des bosons. soit des fermions.leves. Le fait quen mcanique quantique les particules ne suivent pas une trajectoire dtermine rend lidentification des particules compltement impossible. Bose crit un court article. change de particules identiques en mcanique quantiquemodifier Article dtaill particules indiscernables. et il en fait luimme la traduction de langlais vers lallemand. ce phnomne tant dnomm dgnrescence dchange. Liens et documents externes Historiquemodifier Le terme de boson provient du nom du physicien Satyendranath Bose et aurait t utilis pour la premire fois par Paul Dirac. et que lon mesure toutes les . aprs un rejet par le Philosophical Magazine. Plancks Law and the Hypothesis of Light Quanta. Einstein est favorablement impressionn et le recommande pour publication dans Zeitschrift fr Physik. Einstein va galement tendre la notion de boson dautres particules telles que les atomes et contribuer la popularit du concept de boson. quil envoie Albert Einstein. et nont pas dindividualit propre. Articles connexes o . des particules qui ne diffrent pas par leur masse ou leur tat interne sont compltement indistinguables lune de lautre. Bose se rendit compte le premier que pour expliquer la loi de Planck dcrivant le rayonnement du corps noir partir des photons prcdemment dcouverts par Einstein. il fallait supposer que les photons ne suivent pas la statistique de MaxwellBoltzmann. mais plutt une statistique dsormais appele statistique de BoseEinstein.masquer Historique change de particules identiques en mcanique quantique Particules lmentaires se comportant comme des bosons Bosons composites Phnomnes montrant le comportement bosonique Notes et rfrences Voir aussi o . Il sensuit quune mesure complte sur chacune des particules ne peut suffire caractriser compltement ltat du systme. supposons donn un ensemble complet dobservables qui commutent ECOC pour une particule et notons la base de vecteurs propres communs toutes les observables de cet ECOC. Pour illustrer ce que lon entend par dgnrescence dchange. Si le systme est compos dune seule particule. Autrement dit. et le graviton. . . objet de nombreuses recherches. Toutefois. les bosons sont tous des bosons de jauge. Pour lever la dgnrescence dchange. Les particules ayant un vecteur dtat compltement symtrique sont les bosons. le vecteur mathmatique dcrivant ltat du systme est indtermin. En consquence. ou nimporte quel vecteur de lespace vecteurs. soit compltement antisymtrique dans le cas de A. .et W de linteraction faible Le modle standard de la physique des particules prdit lexistence de deux particules supplmentaires. Supposons maintenant que le systme soit compos de deux particules et que lon effectue une mesure complte de chacune des particules. mais puisquon ne peut pas identifier les particules. on ne sait pas laquelle est dans up et laquelle est dans up. on va projeter ltat du systme sur lun des vecteurs up. engendr par ces deux . W. Ce peut tre . boson de jauge qui serait responsable de linteraction gravitationnelle. Le rsultat que lon obtient sera une particule est dans ltat up et lautre est dans ltat up.observables de lECOC. le boson de Higgs. Lexistence possible dautres bosons en dehors du modle standard est actuellement recherche. toutes les particules lmentaires dcrites par le modle standard sont soit des bosons lorsque leur spin est entier. tandis que celles ayant un vecteur dtat compltement antisymtrique sont les fermions. On postule ensuite que le vecteur reprsentant correctement ltat du systme est ce ket unique. daprs les postulats de la mcanique quantique. tels que les anyons ou les plektons en thorie des cordes. de sorte que ltat du systme aprs la mesure sera compltement connu. en changeant le rle des particules par rapport cidessus. on construit deux oprateurs S et A qui projettent lespace sur un ket unique soit compltement symtrique lors de lchange de deux particules dans le cas de S. comme par exemple dans le cas de laxion qui serait un boson trs lger. Cette approche nest pas limite au cas de deux particules et peut tre gnralise un nombre quelconque de particules. mais qui na pas t mis en vidence jusqu prsent. cestdire quils agissent comme des intermdiaires des interactions fondamentales le photon est le vecteur de linteraction lectromagntique les huit gluons de linteraction forte les bosons Z. Des travaux rcents de physique thorique ont dcouvert dautres moyens de rsoudre ce problme qui conduisent des comportements diffrents. Particules lmentaires se comportant comme des bosonsmodifier Parmi les particules lmentaires dcouvertes ce jour. soit des fermions lorsque leur spin est demientier. Bosons compositesmodifier . En consquence. la population macroscopique dun mode unique de photon dans un laser . le groupement des photons lors de leur dtection exprience de HanburyBrown et Twiss la transition de phase vers un tat cohrent basse temprature. comme les photons ainsi que de nombreux atomes sont des bosons. cestdire dans lequel deux parties du systme puissent interfrer. Une telle transition de phase est observe dans diffrents systmes . dans certains cas ils peuvent saccumuler dans le mme niveau. comme par exemple les atomes ou le proton. Cest mme linverse qui se produit et les bosons tendent se rassembler dans un tat quantique donn. Alors que les fermions obissent au principe dexclusion de Pauli Un tat quantique donn ne peut tre occup que par au plus un seul fermion .Les particules composes de particules plus lmentaires. peuvent tre des fermions ou des bosons. ce nest pas le cas des bosons. demientier pour les fermions. Exemples de bosons composites atome dhlium tat de deux lectrons formant une paire de Cooper dans les matriaux supraconducteurs exciton polariton Phnomnes montrant le comportement bosoniquemodifier Articles dtaills statistique de BoseEinstein et condensat de BoseEinstein. Condensation de bosons des atomes de rubidium dans un tat quantique unique lorsque lon baisse la temprature. qui sexplique par la statistique des photons . Un tat quantique bosonique peut tre occup par un nombre quelconque de bosons. Ceci permet dexpliquer le rayonnement du corps noir. selon leur spin total entier pour les bosons. Il serait aussi le quantum du champ de Higgs. Cette observation a t peu convaincante la signifiance statistique tait trop faible. le photon. le boson de Higgs. Le boson de Higgs donnerait une masse non nulle certains bosons de jauge bosons W et boson Z de linteraction lectrofaible leur confrant des proprits diffrentes de celles du boson de llectromagntisme. Hagen. les interactions entre particules sont fortes et ltat fondamental dans lequel se dveloppe le condensat est trs diffrent de ltat fondamental du systme en labsence de condensat. Lexprience dterminante sera celle qui permettra de produire un champ de Higgs. fera de la recherche du boson de Higgs lune de ses priorits sil existe. Actuellement la limite infrieure de la masse du boson de Higgs est de .. GeVc C. ou son quivalent quantique. En particulier. tout comme le photon. Robert Brout et Franois Englert et nomm boson scalaire massif par ceuxci ainsi que par Peter Higgs pour expliquer la brisure de linteraction unifie lectrofaible en deux interactions par lintermdiaire du mcanisme de Higgs.R. daprs la formule de base de la Relativit Emc et toutes les ractions dannihilation matireantimatire effectues . il sera neutre et. il ny a eu aucune dcouverte statistiquement valable. Le boson de Higgs napparatrait qu des nergies suprieures ou gales GeV et on a pens un temps quil avait t mis en vidence au LEP en . Nanmoins. C. Audessous de cette valeur. il existe de fortes corrlations entre les atomes. dans lHlium qui devient superfluide basse temprature. cela permettrait de vrifier les concepts dunification et de les tendre un domaine dnergie plus lev. Sa dcouverte sera une confirmation du modle standard qui le prdit et dont la cohrence dpend de son existence. si ce boson existe. cestdire de lintervalle de confiance. si on le dcouvre. il semble bien que.. situ lorigine de la masse. qui remplace le LEP et est oprationnel depuis le septembre . et Tom Kibble. dans certains mtaux qui deviennent supraconducteurs basse temprature Dans ces deux derniers cas. Le boson de Higgs est une particule lmentaire dont lexistence a t propose en par Gerry Guralnik. susceptible de reprsenter son antiparticule. Une des voies possibles de formation dun boson de Higgs neutre partir de quarks et lchange de bosons lectrofaibles Dautre part.L..o o o dans les gaz atomiques dilus. qui sont lexemple le plus proche de la condensation de BoseEinstein dun gaz parfait de bosons envisage initialement par Bose et Einstein. il devrait tre possible de . Le LHC. Jeffrey Goldstone. ils acquirent une masse effective.lobserver plus de C. Glashow et Weinberg ont d inventer un mcanisme pour briser la symtrie de jauge permettant aux W et Z dacqurir une masse. Sheldon Glashow. Le LHC ou le Tevatron collisionneur proton antiproton pourraient dcouvrir un boson de Higgs qui satisfasse au modle standard ou bosons de Higgs trois neutres et deux portant des charges lectriques selon la prdiction du modle supersymtrique. Lorsquon dit quil existe une force entre deux fermions spin /. quon surnomme champ de Higgs. et avancent travers lespace comme sils se mouvaient dans une mlasse paisse. La symtrie est aussi relie au concept de linvariance si un changement effectu dans un systme physique ne produit aucun effet observable. Lunification lectrofaible est fonde sur le concept que les forces sont gnres par lchange de bosons. et de sa brisure. impliquant une symtrie voir thorme de Noether. Liens externes o . comment les bosons W et Z acquirentils une masse alors que ce nest pas le cas pour le photon Les symtries de jauge requirent que les transmetteurs de force bosons de jauge soient de masse nulle. Salam. on introduit la notion de symtrie. Pour contourner le problme de la masse des bosons. A haute temprature nergie. Les rgularits dans le comportement des particules sont appeles symtries et elles sont troitement relies aux lois de conservation. les interactions dans le champ de Higgs sont . cest aussi dire quils sont en train dchanger des bosons. Le champ de Higgs est diffrent des autres champs puisqu basse temprature nergie. Lide est de postuler lexistence dun nouveau champ. W. lespace prfre tre rempli de particules de Higgs que de ne pas ltre. Il faut maintenant comprendre comment les bosons transmetteurs des forces fondamentales acquirent une masse. Sommaire masquer Le boson de Higgs et lorigine de la masse Une comptition entre les acclrateurs collisionneurs Rfrences Voir aussi o . en moins de ans. dans la thorie lectrofaible. Dans le cas de lunification lectrofaible. dans la thorie lectrofaible. Les bosons W et Z interagissent avec ce champ contrairement au photon. gnre la masse des bosons W. Peter Higgs et Philip Anderson. De cette manire. quelle que soit sa masse jusqu environ GeVc.et Z Pourquoi le photon nacquiertil pas de masse Les masses des fermions sontelles relies ce mcanisme Pourquoi les masses des quarks sontelles si diffrentes les unes des autres Pour tenter de rpondre ces questions.L. Bibliographie Le boson de Higgs et lorigine de la masse Quel mcanisme. le systme est dit invariant au changement. De tels mcanismes avaient t dvelopps dans dautres contextes par divers thoriciens Yoshiro Nambu. on ne connat pas les rponses ces questions. et donc comment expliquer cette hirarchie des masses Aujourdhui. qui est de loin la particule lmentaire la plus lourde avec ses GeVc. mais interagit aussi avec les fermions quarks et leptons. plus faciles distinguer des collisions protons/ protons. Tout en haut de lchelle vient le quark top. Lacclrateur idal serait un collisionneur lectronpositron form de deux acclrateurs linaires faceface de GeV. estelle si diffrente dune particule lautre. elle est restaure. la probabilit derreur doit tre infrieure . Des tudes conduites au LEP permettent de conclure une probabilit de pour que les vnements observs sexpliquent sans faire intervenir le Higgs. vient ensuite llectron avec une masse de . ce dernier a une longueur davance malgr son nergie maximale fois plus faible le bruit de fond des collisions est moins grand. ainsi que le CLIC Compact Linear Collider permettraient de comprendre comment le boson de Higgs est lorigine de sa propre masse. On dit quelle est manifeste. Selon cette thorie. Il est responsable de la masse des bosons lectrofaibles. fermions acquirent une masse cause du champ de Higgs. Z et le photon nest plus brise. Or pour affirmer une dcouverte en physique des particules. mais pourquoi chaque particule acquiertelle une masse diffrente. ncessaire. Une comptition entre les acclrateurs collisionneurs Lexistence du Higgs est trop brve pour quon le dtecte directement on ne peut esprer observer que ses produits de dsintgration. LILC International Linear Collider programm pour environ.telles que lespace nest plus rempli de cette mlasse Higgsienne. Dans la comptition entre le LHC et le Tevatron. rf. Llectrodynamique quantique relativiste QED en anglais est une thorie physique ayant pour but de concilier llectromagntisme avec la mcanique quantique en utilisant un formalisme Lagrangien relativiste. ce quon appelle le couplage. les charges lectriques interagissent par change de photons. Sommaire masquer . Des vnements mettant en jeu des particules ordinaires peuvent imiter le signal produit par un boson de Higgs. et les antiparticules antiquarks des antiprotons pourraient engendrer des vnements plus spcifiques. voire les produits de ses produits de dsintgration. En juillet . ou nacquiertelle pas de masse du tout comme dans le cas du photon Pourquoi la force de laffinit des particules avec le champ de Higgs. Les plus lgers sont les neutrinos jusqu rcemment. les W et Z perdent leur masse et la symtrie entre les W . MeVc. Ils acquirent ainsi une masse. Les particules bosons. nous les croyions de masse nulle. les expriences du Tevatron montrent que la masse du boson de Higgs devrait se situer entre et GeV ou entre et GeV. Le champ de Higgs permet de prserver la symtrie haute nergie et dexpliquer la brisure de la symtrie basse nergie. en particulier par la mise au point du calcul des quantits observables en utilisant la covariance et linvariance de jauge. . Physiquement. Ouvrages de rfrence Descriptionmodifier Llectrodynamique quantique est une thorie quantique des champs de llectromagntisme. ou encore le dcalage de Lamb des niveaux dnergie de lhydrogne. Tomonaga. Le Lagrangien de linteractionmodifier Le lagrangien relativiste de linteraction entre lectrons et positrons par lchange de photons est et sont les champs reprsentant des particules charges lectriquement. les lectrons et positrons sont reprsents par des champs de Dirac. La renormalisationmodifier La procdure de renormalisation pour saffranchir de quantits infinies indsirables rencontres en thorie quantique des champs a trouv en llectrodynamique quantique sa premire russite. cette thorie a la structure dun groupe ablien avec un groupe de jauge U. Ouvrages de vulgarisation o . Llectrodynamique quantique fut la premire thorie quantique des champs dans laquelle les difficults pour laborer un formalisme purement quantique permettant la cration et lannihilation de particules ont t rsolus de faon satisfaisante. Description La renormalisation Le Lagrangien de linteraction Voir aussi Bibliographie o . Le champ de jauge qui intervient dans linteraction entre deux charges reprsentes par des champs de spin / est le champ lectromagntique. Mathmatiquement. Elle dcrit linteraction lectromagntique des particules charges et a t appele le quotbijou de la physiquequot Richard Feynman . Lumire amp matire une trange histoire pour ses prdictions extraordinairement prcises dans la dtermination thorique de quantits mesures par ailleurs telles que lanomalie de moment magntique des leptons. cela se traduit en disant que les particules charges interagissent par lchange de photons. Schwinger et Feynman ont reu en le prix Nobel de physique pour leur contribution cette thorie. Aller Navigation. lectron Une des premires expriences le tube de Crookes cre un faisceau dlectrons naissant la cathode g. Lanode. sont les matrices de Dirac. lectron Un article de Wikipdia. Proprits gnrales Classification Composition Fermion lmentaire . tandis que la partie ressemblant lquation de Dirac dcrit lvolution de llectron et du positron dans leur interaction par lintermdiaire du quadrivecteur potentiel. qui se construisent avec des matrices de Pauli i. et allant grosso modo en ligne droite. est le quadrivecteur potentiel de llectromagntisme. est le tenseur lectromagntique apparaissant en relativit Cette part du lagrangien dcrit la propagation libre du champ lectromagntique. est la drive covariante de jauge. Et restreinte. rendu luminescent par les lectrons. avec la constante de couplage gale la charge lmentaire. lencyclopdie libre. dcoupe en forme de croix de Malte. rechercher drouler Traduction relire Electron lectron . projette une ombre sur le fond du tube dr. Proprits quantiques o . Classification o . La mcanique quantique o . Sommaire masquer Histoire o . Cest lun des composants de latome avec les neutrons et les protons. Thomson et son quipe de physiciens britanniques. suite leurs travaux sur les rayons cathodiques.Groupe Gnration Lepton re Proprits physiques Masse Charge lectrique Spin Dure de vie . annes Historique Prdiction Dcouverte Stoney Thomson Llectron est une particule lmentaire de la famille des leptons. Atomes et molcules o . Le concept dune quantit indivisible de charge lectrique a t labor ds par le naturaliste britannique Richard Laming afin dexpliquer les proprits chimiques des atomes. Llectron a ensuite t identifi comme le corpuscule envisag par J.c .. Thorie de latome o . kg e . Dcouverte o . Proprits fondamentales o . J. Interaction o . Il possde une charge lectrique lmentaire de signe ngatif. Conductivit o . en . Acclrateurs de particules Caractristiques o . Particules virtuelles o . C / Stable exprimentalement. Mouvement et nergie . keV. suprieure . Le nom d lectron pour cette charge est d au physicien irlandais George Stoney. vitreux et rsineux . Faisceaux de particules o . en dehors de la foudre. entour par des particules subatomiques qui ont une charge lectrique unit. le physicien allemand Wilhelm Eduard Weber met la thorie que llectricit est compose de fluides chargs positivement et ngativement. Stoney croyait que ces charges taient attaches de faon permanente aux atomes. Microscopie o . Cependant. C. le physicien allemand Hermann von Helmholtz argumenta que les charges positives et ngatives taient composes de parties lmentaires. Notes o . Les mots lectrique et lectricit sont drivs du latin lectrum aussi racine de lalliage mtallique lectrum. Aprs avoir tudi le phnomne dlectrolyse en . Dans son trait de De Magnete. pour dsigner cette proprit dattirer les petits objets aprs frottement. et ne pouvaient leur tre enleves. Il tait alors capable destimer la valeur de cette charge lmentaire e partir des lois de llectrolyse de Faraday. Autres applications Notes et rfrences o . Du Fay conclut alors que llectricit peut se rduire deux fluides lectriques.. le mdecin anglais William Gilbert forge le mot baslatin electricus. la charge dun ion monovalent. Rfrences Voir aussi o . Benjamin Franklin affirme que llectricit ne diffre pas des autres types de fluides lectriques mais quil sagit de la mme chose. driv son tour du mot grec lectron pour ambre. Les anciens Grecs avaient dj remarqu que lambre attire les petits objets quand elle est frotte avec de la fourrure . En . sous des pressions diffrentes. et que leur interaction est rgie par une loi en carr inverse. Formation au Big Bang o . Liens internes o . Formation des lectrons de lunivers o . le naturaliste britannique Richard Laming en dveloppe lide quun atome est compos dun noyau de matire. Une dcennie plus tard. Bibliographie o . partir de . Il lui apporte la nomenclature moderne de charge positive ou ngative respectivemement. . Formation dans les rayons cosmiques Observation Applications du plasma o . F. Entre et . le physicien irlandais George Stoney suggre quil existe une seule quantit dfinie dlectricit . chacune se comportant comme des atomes dlectricit . Formation dans les toiles o . que lon spare par frottement. du Fay et Hawksbee dcouvrent ce quils croyaient tre deux sortes dlectricit celle engendre en frottant du verre et celle engendre en frottant la rsine. En . Liens externes Histoiremodifier Articles connexes Histoire de llectricit et lectromagntisme. et que lon peut recombiner ensemble. ce phnomne est la plus ancienne exprience de lhumanit note en rapport avec llectricit. Le champ lectrique dflchit les rayons vers la plaque charge positivement. trouvant que les particules des rayons cathodiques. comme le proton ou le neutron. En . En . ce qui renforce la preuve que les rayons portent une charge ngative. Stoney forge le terme d lectron pour dsigner ces charges lmentaires. il propose que ces proprits sont expliques par ce quil appelle matire radiante . Townsend en et H. En . De plus. le physicien allemand Eugen Goldstein montre que les rayons de cette lueur provoquent une ombre. Il montre en plus que les particules charges ngativement produites . dont la taille crot quand la pression du gaz diminue. Il suggre que cest un quatrime tat de la matire. projetes grande vitesse de la cathode. il est capable de dflchir les rayons. ont environ un millime de la masse de lion le plus lger connu alors lhydrogne. si bien que lon naccorda que peu de confiance son calcul lpoque.. en appliquant un champ magntique. En mesurant la dflexion selon la diffrence de potentiel. et se dplacent de la cathode vers lanode. En . consistant en molcules charges ngativement.. A. le chimiste et physicien anglais Sir William Crookes met au point le premier tube rayons cathodiques avec un vide pouss lintrieur. Thomson. Le physicien britannique n allemand Arthur Schuster dveloppa les expriences de Crookes en disposant des plaques de mtal paralllement aux rayons cathodiques. ceci donna une valeur plus de mille fois plus faible que la valeur attendue. Pendant les annes . et ses collgues John S. Cependant. il dcouvre une lueur mise par la cathode.En . . disant . Puis il montre que les rayons luminescents apparaissant dans le tube transmettent de lnergie.. une estimation a t faite de la valeur relle de cette unit fondamentale trs remarquable dlectricit. Dcouvertemodifier Un faisceau dlectrons dflchis en cercle par un champ magntique Le physicien allemand Johann Wilhelm Hittorf entreprend ltude de la conductivit dans les gaz rarfis. et il les appelle rayons cathodiques. le dernier tant maintenant utilis pour dsigner une particule subatomique. Wilson en ralisent des expriences indiquant que les rayons cathodiques sont effectivement des particules individualises. plutt que des ondes. Il montre que le rapport charge sur masse e/m est indpendant de la matire de la cathode. montrant par l que le faisceau se comporte comme sil est charg ngativement. Le mot lectron est une combinaison du mot lectrique et du suffixe on. pour laquelle je me suis risqu proposer le nom d lectron . des atomes ou des molcules comme il tait cru avant. Thomson fait de bonnes estimations la fois de la charge e et de la masse m. le physicien britannique J. et en appliquant une diffrence de potentiel lectrique entre les plaques. Schuster est capable en de mesurer le rapport masse sur charge des composantes des rayons.. quil appelle corpuscules . J. Becquerel montre que les rayons bta mis par le radium sont dflchis par un champ lectrique. et que leur rapport masse sur charge est le mme que celui des rayons cathodiques. Cependant.. et elles se prtaient mieux des expriences de longue dure. Le nom dlectron a t repropos par le physicien irlandais George F. les matires chauffes et les matires illumines sont universellement les mmes. Charles Wilson utilise ce principe pour mettre au point sa chambre brouillard... En . les gouttes dhuile taient plus stables que les gouttes deau cause de leur vaporation plus lente. comme des lectrons rapides. on trouve que sous certaines conditions. Cette preuve renforait lide que les lectrons existent comme composants des atomes. Il dsigne ces particules sous le nom de particules alpha et bta. Un lectron tombant vers une orbite plus basse . selon leur pouvoir de pntrer travers la matire. Ce systme pouvait mesurer la charge lectrique depuis quelques ions jusqu . qui permet de photographier les traces de particules charges. Ces matriaux radioactifs deviennent le sujet de beaucoup dintrt de la part des scientifiques. y compris le physicien nozlandais Ernest Rutherford. dont il publie les rsultats en . montrant les tats de llectron avec des nergies quantifies par le nombre n. qui dcouvre quils mettent des particules. Des expriences comparables avaient t faites plus tt par le groupe de Thomson. ce qui a t maintenant accept universellement. Vers le dbut du XXe sicle. En tudiant les minraux naturellement fluorescents. et publia ses rsultats en . une particule rapide provoque la condensation dune vapeur deau sursature le long du trajet. La charge de llectron est mesure de faon plus prcise par le physicien amricain Robert Millikan par son exprience sur la goutte dhuile de . avec une marge derreur de moins de . Fitzgerald.par les matriaux radioactifs. En . Thorie de latomemodifier Le modle de Bohr de latome. qui a obtenu indpendamment le mme rsultat que Millikan en utilisant des microparticules de mtal. Cette exprience utilise un champ lectrique pour empcher une goutte dhuile charge de tomber sous laction de la pesanteur. le physicien franais Henri Becquerel dcouvre que ceuxci mettent des rayonnements en labsence de toute source dnergie externe. en utilisant des brouillards de gouttelettes deau charges par lectrolyse et en par Abram Ioff. . comme toute la matire. outre le moment angulaire de son orbite. Article connexe Histoire de la mcanique quantique. Cestdire que sous des conditions appropries les lectrons et autres particules . dont lnergie est dtermine par le mouvement angulaire autour du noyau. les expriences des physiciens Ernest Rutherford. En . et elle expliquait le ddoublement des raies spectrales observ avec un spectrographe haute rsolution. Cette proprit devint connue sous le nom de spin. qui peut prendre deux valeurs.met un photon dnergie gale la diffrence dnergies entre les orbites en question. Cette interdiction faite deux lectrons doccuper le mme tat est devenu connue sous le nom de principe dexclusion de Pauli. toutes de mme paisseur . a t fourni par les physiciens nerlandais Samuel Goudsmit et George Uhlenbeck. selon la loi de similitude. ont les proprits quantiques dtre la fois onde et corpuscule. Puisquun lectron est un fermion. ce phnomne est connu sous le nom de structure hyperfine des raies. pourrait avoir un moment angulaire intrinsque. aussi longtemps que chaque tat ntait occup que par un seul lectron. qui propose en que la liaison covalente entre atomes est maintenue par une paire dlectrons quils se partagent. et suggr que tous les lectrons taient distribus en couches concentriques peu prs sphriques. le chimiste amricain Irving Langmuir avait raffin le modle statique datome de Lewis. La mcanique quantiquemodifier Les lectrons. Plus tard. en . En . quand ils ont suggr que llectron. Les liaisons chimiques entre atomes sont expliqus par Gilbert Lewis. qui tait rest mystrieux jusque l . James Franck et Gustav Hertz avaient solidement tabli la structure de latome comme un noyau positivement charg entour dlectrons de masse plus faible. Cependant. Les lectrons peuvent passer dun tat lautre. le physicien danois Niels Bohr postule que les lectrons sont dans des tats quantifis. et pas non plus expliquer les spectres datomes plus complexes. En . Cependant cette dualit est montre plus facilement avec les lectrons. il explique prcisment les raies spectrales de latome dhydrogne. Dans sa dissertation Recherches sur la thorie des quanta . Henry Moseley. si bien quils peuvent avoir des collisions avec dautres particules. En . Le mcanisme physique pour expliquer le quatrime paramtre. Walter Heitler et Fritz London donnent toute lexplication de la formation de paire dlectrons et de liaison chimique en termes de mcanique quantique. le modle de Bohr narrivait pas rendre compte des intensits relatives des raies spectrales. chacune contenant une paire dlectrons. Les couches taient leur tour divises en un certain nombre de cellules. et tre diffracts comme la lumire. que lon savait se ressembler assez. le physicien autrichien Wolfgang Pauli remarqua que la structure en couches de latome pourrait tre explique par un ensemble de quatre paramtres. par mission ou absorption de photons des frquences spcifiques. en raison de leur faible masse. qui dfinissait tous les tats en nergie. Avec ce modle. Au moyen de ces orbites quantifies. il satisfait au principe dexclusion de Pauli. le physicien franais Louis de Broglie met lhypothse que toute matire possde une onde de de Broglie semblable la lumire. Langmuir arrivait expliquer qualitativement les proprits chimiques de tous les lments de la table priodique. en appliquant des considrations de symtrie et de relativit la formulation hamiltonienne de la mcanique quantique du champ lectromagntique. leffet dinterfrence avec un faisceau dlectrons est dmontr par le physicien anglais George Paget Thomson. Cette approche a t ultrieurement nomme mcanique quantique. compatible avec la thorie de la relativit. Les proprits corpusculaires dune particule sont dmontres quand elle apparat localise un endroit dans lespace le long dune trajectoire tout moment. Une fois que le spin et les interactions entre les divers lectrons ont t pris en compte. Plutt que davoir une solution donnant la position dun lectron dans le temps. le comportement dun lectron dans un atome est dcrit par une orbitale. Anderson. Ceci le conduit prdire lexistence du positron. la mcanique quantique permet avec succs le calcul des lectrons dans des atomes avec un numro atomique plus lev que le de lhydrogne. qui est une distribution de probabilit plutt quune orbite. Le succs de la prdiction de de Broglie conduisit la publication par Erwin Schrdinger en . qui a propos dappeler les lectrons standard ngatrons et dutiliser le terme lectron comme gnrique pour dsigner les variantes des deux charges. cette quation donde peut tre utilise pour prdire la probabilit de trouver un lectron prs dun endroit. . par exemple. Sur la figure. en .matrielles montrent les proprits soit de particules soit dondes. Paul Dirac produit un modle de llectron lquation de Dirac. au moyen dun mince film mtallique. parfois nomm mer de Dirac . et a donn une trs bonne approximation des tats dnergie dans latome dhydrogne. de lquation de Schrdinger qui dcrit avec succs la propagation des ondes dlectrons. La nature ondulatoire est observe. En . quand un faisceau passe travers des fentes parallles et cre des figures dinterfrence. amliorant le travail de Wolfgang Pauli. la coloration correspond la probabilit relative de trouver llectron de cette orbitale en ce point. En mcanique quantique. En . Cette particule avait t dcouverte par Carl D. Pour rsoudre certains problmes avec son quation relativiste. et par les physiciens amricains Clinton Davisson et Lester Germer en utilisant un cristal de nickel. Dirac dveloppe un modle de vide avec une mer infinie de particules dnergie ngative. semblable llectron dans lantimatire. trouve que certains tats quantiques de latome dhydrogne. sont soumis aux forces gravitationnelles. Les lectrons. Son btatron initial atteint une nergie de .. MeV. et peut tre abrge en ngaton. en collaboration avec le thsard Robert Retherford. Le grand collisionneur lectronpositon. Foley. Acclrateurs de particulesmodifier Avec le dveloppement des acclrateurs de particules pendant la premire moiti du XXe sicle.Cet usage du terme ngatron est encore rencontre loccasion aujourdhui. Dans beaucoup de phnomnes physiques. Cet appareil acclre des lectrons et des positrons en sens inverse. ce qui implique que cest un fermion. qui devraient avoir la mme nergie. qui appartiennent la premire gnration de la famille des leptons. qui a des proprits identiques celles de llectron. Pour rsoudre ces problmes. les lectrons jouent un rle essentiel. les physiciens ont commenc entrer plus fond dans les proprits des particules subatomiques. Quand un lectron est acclr. peu prs au mme moment. une thorie plus labore. Julian Schwinger et Richard Feynman la fin des annes . qui sont directement opposes. Polykarp Kusch. Ils chappent aux interactions fortes. le magntisme et la conductivit thermique. travaillant avec Henry M. qui a fonctionn de . Cette petite diffrence sera ultrieurement appele moment magntique anomal de llectron. il peut absorber ou rayonner de lnergie sous forme de photons. Ce rayonnement est provoqu par lacclration des lectrons se dplaant une vitesse proche de celle de la lumire. le premier collisionneur de particules haute nergie est ADONE. Willis Lamb. compare la collision de lun des faisceaux avec une cible immobile. Le moment angulaire intrinsque spin de llectron est la moiti de la constante de Planck rduite . faits de protons et . Caractristiquesmodifier Llectron a une masse approximativement / celle du proton. le dcalage tant connu sous le nom dcalage de Lamb ou sous loriginal anglais de Lamb shift. Les premires tentatives pour acclrer des lectrons en utilisant linduction lectromagntique ont t faites avec succs en par Donald Kerst. et sera dflchi par des champs magntiques externes. En . GeV. plus connu sous son acronyme anglais LEP au CERN.. dcouvre que le moment magntique de llectron est un peu plus grand que celui prdit par la thorie de Dirac. alors que les btatrons suivants finissent par atteindre MeV. lectromagntiques et faibles. nombre lectronique. tels llectricit. qui commence fonctionner en . avec les noyaux atomiques. ce qui fait plus que doubler lnergie dans leur collision. en raison de la perte dnergie provoque par le recul invitable de la cible. sont dcals. Avec une nergie de faisceau de . Un lectron en mouvement par rapport un observateur engendre pour lui un champ magntique. Ceci permet lannihilation dun lectron avec un positron. sauf en ce qui concerne la charge lectrique et dautres charges physiques nombre leptonique. a atteint des nergies de collisions de GeV et ralis des mesures importantes pour le modle standard de la physique des particules. avec un synchrotron lectrons de MeV chez General Electric. en ne produisant que de lnergie sous forme de rayons gamma.. En . appele lectrodynamique quantique est mise au point par SinItiro Tomonaga. le rayonnement synchrotron est dcouvert. Les lectrons. Lantiparticule de llectron sappelle le positron. cestdire quelles ne comportent pas de sousparticule. la plupart des lectrons de lunivers ont t crs pendant le Big Bang. mais ils peuvent tre aussi produits actuellement par radioactivit des noyaux radioactifs. les lectrons ne constituent que moins de .de neutrons. ou le partage dlectrons entre atomes voisins est la cause principale de la liaison chimique. et appartiennent la premire famille ou gnration. Les lectrons ont la plus faible masse de toutes les particules charges. Classificationmodifier Modle standard des particules lmentaires. que lon pense tre des particules lmentaires ou fondamentales. ainsi que pendant la nuclosynthse dans les toiles. Lchange. par exemple quand les rayons cosmiques. Cependant. et dans des collisions de haute nergie. Les lectrons peuvent tre dtruits par annihilation avec les positrons. Llectron est en bas gauche Dans le modle standard de la physique des particules. de la masse totale dun atome. . les lectrons appartiennent au groupe des particules subatomiques appeles leptons. La force coulombienne lectrostatique attractive fait que les lectrons sont lis dans les atomes. pntrent dans latmosphre. font des atomes. Selon la thorie. sa dsintgration violerait la conservation de la charge lectrique. llectron possde un moment magntique le long de son spin. ou spin. On le dfinit donc. Llectron na pas de souscomposant connu.. le signe indiquant la charge de llectron. Les lectrons ont une charge lectrique de . qui est une constante physique gale . MeV. de .Les seconde et troisime gnrations contiennent des leptons chargs. le symbole de llectron est e. identiques llectron sous tous rapports. la charge de llectron est directement oppose celle du proton. ou . le muon et le tauon. Lobservation dun lectron isol dans un pige de Penning dmontre que le rayon de cette particule est infrieur m. tandis que le rsultat de la mesure de la projection du spin sur nimporte quel axe ne peut tre que /. Il y a bien pourtant une constante physique que lon appelle rayon classique de llectron . sauf leur masse. la limite infrieure pour la vie moyenne de llectron est de . puisquil a toutes les proprits de llectron. ceci correspond une nergie de . m.note . notamment par la renormalisation. le spin de llectron est .. Cette proprit est gnralement exprime en appelant llectron particule de spin . comme une particule ponctuelle. Proprits quantiquesmodifier . Comme le symbole e est utilis pour la charge lmentaire. Lorientation du spin par rapport au moment de llectron dfinit la proprit des particules lmentaires connues sous le nome hlicit. parce quils ont un spin demientier .note . au signe de la charge prs. unit de masse atomique. Il est approximativement gal un magnton de Bohr.. les quarks parce quils ne sont pas sensibles aux interactions fortes. avec une charge ponctuelle. que llectron est stable comme cest la particule la plus lgre de charge nonnulle. ou on le suppose. Cependant cette terminologie provient dun calcul simpliste qui ignore les effets de la mcanique quantique . qui est utilise comme unit standard de charge pour les particules subatomiques. sans dimension despace. en fait le soidisant rayon classique de llectron na pas grandchose voir avec une structure fondamentale de llectron. C. Tous les membres du groupe des leptons sont des fermions. Les mesures astronomiques montrent que ce rapport na pas chang de faon mesurable pour la moiti de lge de lUnivers. Pour ce genre de particules. sur des bases thoriques. Nanmoins. Outre le spin. bien plus leve. Les leptons diffrent des autres constituants de base de la matire. kg. Llectron diffre en cela des autres leptons chargs. J/T. Le symbole du positron est e. Llectron a un moment angulaire intrinsque. On pense. Sur la base du principe dquivalence massenergie dEinstein. un niveau de confiance de . ce rayon classique donne un ordre de grandeur des dimensions pour lesquelles llectrodynamique quantique devient importante pour comprendre la structure et le comportement de llectron. Le rapport entre les masses du proton et de llectron est denviron . la limite de la prcision des expriences. comme prdit par le modle standard. la valeur absolue du spin est /note . Proprits fondamentalesmodifier La masse dun lectron est approximativement . s. Exprimentalement. dont la valeur bien plus grande est de . le muon et le tauon de courtes dures de vie. plutt que juste une seule fente. ou le mme tat. o et sont les positions des deux lectrons. Dans le cas de lantisymtrie. ondes stationnaires dans un atome. Particules virtuellesmodifier Article dtaill Particule virtuelle. les solutions de lquation donde pour des lectrons en interaction rsulte en une probabilit nulle que deux lectrons occupent la mme position.Comme toutes les particules. Ceci est appel dualit ondeparticule. plutt que de se concentrer tous sur lorbitale la moins nergtique. la fonction donde change de signe. la fonction donde. Ce principe explique bien des proprits des lectrons. notamment des lectrons. comme cela serait le cas pour une particule classique. ceci signifie quune paire dlectrons en prsence doivent pouvoir intervertir leurs positions sans provoquer de changement observable dans ltat du systme. En mcanique quantique quantique. cestdire quelle change de signe quand on change deux lectrons. est antisymtrique. ceci indique que les probabilits sont les mmes. des fonctions donde symtriques. qui empche deux lectrons doccuper le mme tat quantique. La fonction donde est ici Les lectrons sont des particules indiscernables. En mcanique quantique. Comme la valeur absolue ne change pas par changement de signe de la fonction. La nature ondulatoire de llectron lui permet de passer travers deux fentes parallles simultanment. les lectrons peuvent aussi se manifester comme des ondes particules dans un faisceau nergique. couramment dnote par la lettre grecque psi . cest dire . . eux. et peut tre dmontr en utilisant lexprience des fentes de Young. parce quils ne peuvent pas tre distingus lun de lautre par leur proprits physiques intrinsques. La fonction donde des fermions. ont. Cest la cause du principe dexclusion de Pauli. familire avec la lumire. Quand la valeur absolue de cette fonction est leve au carr. cela donne la probabilit dobserver une particule dans un petit volume auprs de la position choisie une densit de probabilit Exemple dune fonction donde antisymtrique pour un tat quantique de deux fermions identiques dans une bote une dimension. Si les particules changent leurs positions. Les bosons. comme les photons. il fait que des nuages dlectrons lis au mme noyau occupent des orbitales toutes diffrentes. Par exemple. la proprit ondulatoire dune particule peut tre dcrite mathmatiquement comme une fonction valeurs complexes. lnergie demande pour crer les particules. le vide se comporte comme un milieu ayant une permittivit dilectrique suprieure lunit. tandis que llectron de la paire est repouss. Le paradoxe apparent peut tre expliqu par la formation de photons virtuels dans le champ lectrique engendr par llectron. Donc pour une paire lectronpositron virtuelle. Cette polarisation a t confirme exprimentalement en en utilisant lacclrateur de particules japonais TRISTAN. et la charge diminue quand la distance llectron augmente.Les physiciens pensent que le vide peut tre rempli de paires de particules virtuelles . La prcision extraordinaire de laccord entre cette diffrence prvue par la thorie et la valeur dtermine par lexprience est considre comme une des grandes russites de llectrodynamique quantique. Dans les atomes.. qui se crent et sannihilent rapidement ensuite.. Ceci provoque ce que lon appelle polarisation du vide. Pratiquement.. Ce mouvement produit la fois le spin et le moment magntique de llectron. En physique classique. dans la mesure o le produit nest pas plus grand que la constante de Planck rduite . la force coulombienne du champ lectrique ambiant entourant un lectron fait que le positron est attir par ce dernier. le moment angulaire et le moment magntique dun objet dpendent de ses dimensions physiques. . La combinaison de la variation dnergie ncessite pour crer ces particules. Les particules virtuelles provoquent un effet de masquage comparable pour la masse de llectron. est au plus de . cette cration de photons virtuels explique le dcalage de Lamb Lamb shift observ dans les raies spectrales. eVs. En fait. Ces photons font se dplacer llectron de faon saccade ce qui sappelle Zitterbewegung en allemand. s. et du temps pendant lequel elles existent reste endessous du seuil de dtectabilit exprim par le principe dincertitude de Heisenberg . ou mouvement de tremblement qui rsulte en un mouvement circulaire avec une prcession. comme des lectrons et des positrons. Vue schmatique de paires lectronpositron virtuelles apparaissant au hasard prs dun lectron en bas gauche Tandis quune paire virtuelle lectronpositron subsiste. Linteraction avec des particules virtuelles explique aussi la lgre dviation environ . peut tre emprunte au vide pour une dure . entre le moment magntique intrinsque de llectron et le magnton de Bohr le moment magntique anomal. Donc la charge effective dun lectron est plus faible que sa valeur nominale. Il parat donc incohrent de concevoir un lectron sans dimensions possdant ces proprits. Interactionmodifier . q est ngatif. dans un champ magntique uniforme. Cette force perpendiculaire la trajectoire contraint llectron. des photons virtuels peuvent tranfrer de la quantit de mouvement entre deux particules charges. Une particule de charge q part de la gauche la vitesse v travers un champ magntique B orient vers le lecteur. comme un proton.. il engendre aussi un champ magntique. Lacclration de llectron rsulte en mission de rayonnement continu de freinage Bremsstrahlung en allemand. ne peut pas mettre ni absorber un photon rel ceci violerait la conservation de lnergie et de la quantit de mouvement. Cest cette proprit dinduction qui fournit linduction magntique qui fait tourner un moteur lectrique. Lmission dnergie son tour provoque un recul de llectron. Lacclration due ce mouvement en courbe conduit llectron rayonner de lnergie sous forme de rayonnement synchrotron. comme un proton. engendre la force de Coulomb. Cette force est provoque par une raction du propre champ de llectron sur luimme. Pour un lectron. et une force rpulsive sur une particule ngative. qui ne subit pas dacclration. Une mission dnergie peut avoir lieu quand un lectron en mouvement est dflchi par une particule charge. En lectrodynamique quantique.. Un lectron isol. La loi dAmpreMaxwell relie le champ magntique au mouvement densemble des lectrons le courant lectrique par rapport un observateur.note . qui cre une friction qui ralentit llectron. Le champ lectromagntique dune particule charge anime dun mouvement arbitraire est exprim par les potentiels de LinardWiechert.Un lectron engendre un champ lectrique qui exerce une force attractive sur une particule positivement charge. Cest cet change de photons virtuels qui. . sur un cylindre de rayon appel le rayon de Larmor. il est soumis une force de Lorentz. et il suit donc une trajectoire incurve vers le haut. valables mme quand la vitesse de la particule sapproche de celle de la lumirerelativiste. linteraction lectromagntique entre particules est transmise par des photons. La valeur de cette force est donne par la Loi de Coulomb en carr inverse. Par contre. Quand un lectron se dplace dans un champ magntique. suivre une trajectoire hlicodale dans le champ. en particulier. ce qui est connu sous le nom de force dAbrahamLorentzDirac. dirige perpendiculairement au plan dfini par le champ et la vitesse de llectron. Quand un lectron est en mouvement. qui vaut approximativement /. cette transformation tant la base de la . Pour une grande longueur donde de la lumire par exemple la longueur donde de la lumire visible est de . En thorie des interactions lectrofaibles. Cette collision rsulte en un transfert dnergie et de moment entre les particules. m. ils peuvent sannihiler ensemble. La valeur maximale de ce dcalage est . Pour un lectron. donnant ou photons.. elle vaut .Ici. mais seulement en prsence dune particule charge proche. Cest une quantit sans dimension forme par le rapport de deux nergies lnergie lectrostatique dattraction ou de rpulsion la distance dune longueur donde de Compton. La force relative de linteraction lectromagntique entre deux particules comme un lectron et un proton est donne par la constante de structure fine.. Si llectron et le positron ont un moment ngligeable. Chaque membre de ce doublet peut subir une interaction par courant charg transformant lun en lautre par mission/absorption de boson W. donnant deux ou trois photons. Le changement dnergie E E dtermine la frquence f du photon mis. dont lnergie totale est . m. il peut se former un positronium avant que lannihilation se produise. Par ailleurs. Elle est donne par . le bremsstrahlung est produit par un lectron e dflchi par le champ lectrique dun noyau atomique. qui modifie la longueur donde du photon par une quantit appele dcalage Comptonnote .. comme un noyau. MeV. les neutrinoslectrons se comportent comme des lectrons. Une collision lastique entre un photon lumire et un lectron solitaire libre sappelle diffusion Compton. la composante gauche de la fonction donde de llectron forme un doublet disospin faible avec le neutrinolectron. Quand des lectrons et des positrons font des collisions. le dcalage de longueur donde devient ngligeable. et lnergie au repos de la charge. Une telle interaction entre la lumire et les lectrons libres est appele diffusion Thomson ou diffusion linaire de Thomson. que lon dsigne sous le nom de longueur donde de Compton . des photons de haute nergie peuvent se transformer en une paire dlectron et positron par un processus inverse de lannihilation que lon appelle production de paire. Ceci veut dire que pendant les interactions faibles. susceptible dabsorber le moment de recul. le moment angulaire. peut subir une interaction par courant neutre coupl au Z. Un lectron peut tre li au noyau dun atome par la force de Coulomb attractive. comme le neutrino. Le moment . le systme sappelle un ion. Atomes et molculesmodifier Article dtaill Atome. Un systme dlectrons lis un noyau en nombre gal la charge de ce dernier est appel un atome. et la couleur reflte la probabilit de trouver llectron une position donne. Suivant le principe dexclusion de Pauli. lnergie de llectron doit tre hisse audessus de son nergie de liaison latome. dans le plan xOz. Le niveau dnergie dun lectron li dtermine lorbitale quil occupe. Les lectrons peuvent changer dorbitale par mission ou absorption dun photon dont lnergie gale la diffrence dnergie potentielle entre ces orbitales Dautres mthodes de transfert dorbitale comprennent les collisions avec des particules comme les lectrons. tels que lnergie. et la projection de ce dernier sur un axe donn pris en gnral pour axe Oz. Les densits de probabilit pour les quelque premires orbitales de latome dhydrogne.dsintgration des noyaux. Pour schapper dun atome. Le moment angulaire orbital des lectrons est quantifi. Si le nombre dlectrons est diffrent. chaque orbitale ne peut tre occupe au plus que par deux lectrons. Chaque orbitale a son propre ensemble de nombres quantiques. Il nexiste quun ensemble discret de ces nombres quantiques pour le noyau. il produit un moment magntique orbital proportionnel son moment angulaire. Comme llectron est charg. Ceci peut arriver dans leffet photolectrique. et leffet Auger. de spins diffrents en projection. quand un photon incident a une nergie qui dpasse lnergie dionisation de llectron qui labsorbe. Le comportement ondulatoire dun lectron li est dcrit par une fonction appele orbitale atomique. ce qui est notamment la cause de la diffusion lectronneutrino. Llectron. se caractrise par le fait quun atome possde un lectron mal li. lautre est le rducteur. comme celui de sodium. Si lon met au contact un atome de sodium et un atome de chlore. Par exemple. on trouve un atome qui possde encore une place libre dans sa dernire orbitale. o des lectrons priphriques sont mis en commun par deux atomes voisins. Lespce chimique qui capte llectron est loxydant. Dans une molcule. ce qui leur permet doccuper la mme orbitale molculaire sans violer le principe dexclusion de Pauli de la mme manire que dans les atomes. et occupent des orbitales molculaires.anion. elle. qui restent lis par attraction lectrostatique. cependant. Les orbitales molculaires diffrentes ont des distributions spatiales de densit dlectrons diffrentes. est ngligeable par rapport celui des lectrons. qui permettent la formation de molcules. Au contraire.magntique total dun atome est gal la somme des moments magntiques propres et orbitaux de tous les lectrons. Les ractions dchange dlectrons sont fondamentales en chimie et sont dsignes sous le nom de ractions doxydorduction. et donc un lectron qui sy mettrait serait solidement li. qui caractrise la liaison covalente. qui va se loger dans la place qui lattend dans le chlore. La liaison chimique entre atomes rsulte dinteractions lectromagntiques. On a donc alors un ion Na cation et un ion Cl. pour les paires nonliantes. parce que toutes les orbitales dnergie infrieure sont occupes. et du noyau. les lectrons sont distribus dans un grand volume autour des noyaux. de la mme faon quils occupent des orbitales dans des atomes isols. Cest lexistence de paires liantes. ct. Les liaisons les plus fortes sont les liaisons covalentes ou les liaisons ioniques. Un facteur fondamental dans ces structures molculaires est lexistence de paires dlectrons cellesci sont des lectrons de spins opposs. par exemple un atome de sodium Na . les lectrons se dplacent sous linfluence de plusieurs noyaux. Cest la liaison ionique typique. Conductivitmodifier . dcrites par les lois de la mcanique quantique. on trouve des lectrons avec une densit maximale dans un relativement petit volume entre les atomes. le sodium va perdre son lectron mal li. Celui du noyau. La liaison ionique. par exemple un atome de chlore Cl. comme latome de chlore cit cidessus. dans les paires liantes cestdire les paires qui lient vraiment les atomes ensemble. Les moments magntiques des lectrons qui occupent la mme orbitale lectrons en paire sannulent. Si un corps a trop dlectrons. Ces interaction sont dcrites mathmatiquement par les quations de Maxwell. ils peuvent se dplacer comme les molcules dun gaz appel gaz de Fermi travers la matire. les lectrons restent lis leurs atomes respectifs. la clrit. La plupart des semiconducteurs ont un degr de conductivit variable entre les extrmes du conducteur et de lisolant. Ces phnomnes sont la base de toute llectricit lectrocintique. chaque matriau a une conductivit lectrique qui dtermine la valeur du courant lectrique quand un potentiel lectrique est appliqu. temprature donne. le corps est dit neutre.. La prsence de ce type de bandes permet aux lectrons dans un mtal de se comporter comme sils taient libres ou dlocaliss. semblables aux lectrons rels Quand les lectrons libres se dplacent que ce soit dans le vide ou dans un mtal ils produisent un courant de charges net. Si les charges squilibrent. Sil y a trop dlectrons. tout premirement parce que les lectrons dlocaliss sont libres de transporter lnergie thermique dun atome lautre. plutt que par le dplacement dlectrons. ou pas assez. qui dit que le rapport de la conductivit thermique la . que lon appelle courant lectrique. mais cela ne fera que dplacer le trou. En raison des collisions entre lectrons et atomes. lobjet est charg ngativement. lectronique. Les mtaux forment de relativement bons conducteurs de la chaleur. contrairement la conductivit lectrique. Cependant. radiolectricit. un courant peut tre engendr par un champ magntique variable. Dans le cas contraire. ou permittivit du milieu. Des exemples de bons conducteurs comprennent des mtaux comme le cuivre et lor. Des lectrons se dplaant indpendamment dans le vide sont appels lectrons libres . Ce trou peut tre combl par des lectrons voisins. qui engendre un champ magntique. la conductivit thermique dun mtal est pratiquement indpendante de la temprature. Quand un champ lectrique est appliqu. et le matriau se comporte comme un isolant. dans les mtaux. Par ailleurs les mtaux ont une structure en bandes lectroniques qui contiennent des bandes lecroniques partiellement remplies. cet objet a une charge lectrique statique totale nonnulle. la vitesse de drive des lectrons dans un conducteur est de lordre du mm/s. cest leffet tribolectrique. Ceci sexprime mathmatiquement par la Loi de Wiedemann et Franz. tandis que le verre et le Teflon sont de mauvais conducteurs. Le potentiel lectrique ncessaire pour la foudre peut tre engendr par un effet tribolectrique. Cependant la vitesse laquelle un changement de courant en un point de la matire se rpercute sur les courants en dautres points. il est charg positivement. Ceci se produit parce que les signaux lectriques se propagent comme une onde. En fait les particules porteuses de charge dans les mtaux et autres solides sont des quasiparticules des quasiparticules de charge lectrique ngative ou positive. De plus.Un clair de foudre consiste en premier lieu en un courant dlectrons. On peut avoir dans des solides une prdominance de la conduction de llectricit par le dplacement de trous. il peut y avoir dans un solide des trous. De mme. pour quilibrer les charges positives des noyaux. qui sont des endroits o manque un lectron. un peu comme des lectrons libres. avec une vitesse qui ne dpend que de la constante dilectrique. Un corps macroscopique peut dvelopper une charge lectrique par frottement. Dans tout matriau dilectrique. cestdire non attachs une molcule particulire. se comportent aussi comme sils taient libres. Les lectrons. est typiquement de la vitesse de la lumire dans le vide. Ainsi. par laquelle ils perdent toute rsistivit au courant lectrique. les matires peuvent subir une transition de phase. o la vitesse de la lumire est significativement infrieure c. Le dplacement de sa charge dans le milieu va produire une lgre lumire appele rayonnement Tcherenkov. la vitesse dun lectron peut sapprocher de la vitesse de la lumire dans le vide c. cela conduit une dpendance du courant lectrique selon la temprature. Comme le dsordre thermique du rseau du mtal accrot la rsistivit du milieu.conductivit lectrique est proportionnel la temprature. les lectrons sont euxmmes des quasiparticules. Dans les conducteurs solides. Il part de lunit et tend vers linfini quand v tend vers c. ils se comportent comme sils se dcomposaient en deux autres quasiparticules chargeon et spinon. . est inject dans un milieu dilectrique comme leau. Quand ils sont fortement confins aux tempratures proches du zro absolu. le mcanisme selon lequel fonctionnent les supraconducteurs haute temprature reste lucider. ce qui rend de plus en plus difficile de lacclrer partir du repre de lobservateur. phnomne appel supraconductivit.. quand la vitesse dun lectron se rapproche de la vitesse de la lumire. si bien quelles peuvent se chevaucher. Cependant. Dans la thorie BCS. La premire transporte le spin et le moment magntique. Le facteur de Lorentz en fonction de la vitesse. cestdire se dplaant une vitesse proche de c. sa masse relativiste augmente. Si un lectron relativiste. la seconde la charge lectrique. ce comportement est expliqu par des paires dlectrons formant des bosons qui entrent dans ltat connu sous le nom de condensat de BoseEinstein. Mouvement et nergiemodifier Selon la thorie dEinstein de la relativit restreinte. Quand on les refroidit endessous dune temprature critique. vitant ainsi les collisions avec les atomes qui normalement crent la rsistance lectrique. Ces paires de Cooper voient leur mouvement coupl la matire environnante par des vibrations du rseau nommes phonons. mais jamais latteindre. du point de vue dun observateur. Les paires de Cooper ont un rayon denviron nm. il va se dplacer plus vite que la lumire dans le milieu. dfini comme . puisque la masse de llectron est . assez petite pour explorer des structures bien plus petites que la taille dun noyau atomique. la longueur donde est environ . il a une longueur donde de de Broglie caractristique. Elle est donne par e h/p. m. que les composants du noyau avaient en effet une sousstructure quarks et gluons . il ntait plus possible de mettre en vidence de sousstructure ni des lectrons. mais qu lchelle de la longueur donde de de Broglie des lectrons ainsi acclrs. Par exemple. MeV/c. ni des quarks. o v est la vitesse de la particule. o h est la constante de Planck et p le moment. Formation au Big Bangmodifier La thorie du Big Bang est la thorie scientifique la plus largement accepte pour expliquer les premiers stades de lvolution de lUnivers. Le moment relativiste dun tel lectron est fois celui que la mcanique classique prdirait un lectron de cette vitessenote .Les effets de la relativit spciale sont bass sur une quantit appele facteur de Lorentz. Ils avaient donc des nergies suffisantes pour ragir ensemble et former des paires dlectronpositron . Il sest avr dans les expriences de diffusion profondment inlastique deep inelastic scattering. lacclrateur linaire de SLAC peut acclrer un lectron jusqu environ GeV. Pour llectron de GeV du SLAC. et les photons avaient des nergies moyennes suprieures MeV. les tempratures dpassaient K. Comme un lectron se comporte comme une onde. Ceci donne une valeur denviron pour . Pendant la premire milliseconde du Big Bang. Formation des lectrons de luniversmodifier Production dune paire par collision dun photon avec un noyau datome. Lnergie cintique Ke dun lectron se dplaant la vitesse v est o me est la masse de llectron. une vitesse donne. pendant le processus de leptognse. ce qui recre de nouveaux lectrons. dans un processus appel nuclosynthse primordiale.llectron. Cet excs a compens lexcs des protons sur les antiprotons. relchant un proton.o est le photon. Le rsultat net est une rduction constante du nombre dlectrons. il y a en fin de compte plus dlectrons que de positrons. de schapper du rayon de Schwarzschild. Tous les neutrons rsiduels ont subi une dsintgration . Il en rsulte quun lectron sur environ un milliard a survcu au processus dannihilation. ainsi quun tout petit peu de lithium. Au bout de sa vie. avec une vie moyenne de mille secondes. Ce processus a culmin au bout de minutes. les lectrons restants restent trop nergiques pour se lier aux noyaux atomiques.. et lunivers en expansion devient transparent au rayonnement. dans le processus appel asymtrie baryonique. o les atomes neutres sont forms. Pour la priode allant jusqu ans. Les positrons ainsi produits sannihilent immdiatement avec les lectrons. une toile plus lourde que masses solaires peut subir un effondrement gravitationnel pour former un trou noir. leur distribution spatiale alatoire peut permettre lune dentre elles apparaissent lextrieur ce processus est nomm effet tunnel quantique. par le processus o n est un neutron. ces objets stellaires massifs exercent une attraction gravitationnelle assez forte pour empcher tout. relchant des photons qui rchauffent lunivers pour un temps. un lectron et un antineutrino. Dans une toile. la nuclosynthse stellaire aboutit la production de positrons par fusion de noyaux atomiques et dsintgration des noyaux ainsi produits. qui leur tour peuvent subir des dsintgrations . et la conservation de la charge par un nombre gal de transformations de protons en neutrons. ce qui rsulte en une charge nette nulle pour lunivers. On pense ainsi que des lectrons et des positrons sont crs lhorizon trou noir de ces restes dtoiles. Cependant. Il y a donc pendant cette priode un quilibre entre lectrons. Inversement. Selon la physique classique. qui transforme lexcs de protons en neutrons. Cependant on pense que les effets quantiques peuvent permettre que du rayonnement de Hawking cette distance. des paires lectronpositron sannihilent pour mettre des photons nergiques. e le positron et e. Quand des paires de particules virtuelles comme un lectron et un positron sont cres au voisinage de lhorizon. mme le rayonnement lectromagntique. en produisant des rayons gamma. La plupart des lectrons et des positrons survivants sannihilent. formant des isotopes de lhydrogne et de lhlium. Les protons et neutrons qui ont survcu ont commenc ragir ensemble. Au bout de secondes. la temprature de lunivers est tombe audessous de la valeur o la cration de paire positronlectron peut avoir lieu. Le potentiel gravitationnel du trou noir peut alors fournir lnergie qui transforme cette particule virtuelle . p un proton et un antineutrinolectron. Pour des raisons encore inconnues. qui se dsintgre en nickel Ni. Ce qui suit est une priode que lon appelle la recombinaison. Formation dans les toilesmodifier Environ un million dannes aprs le big bang. positrons et photons. la premire gnration dtoiles commence se former. Un exemple en est le nuclide cobalt Co. le processus dvolution des toiles peut aboutir la synthse de noyaux lourds instables. ce qui rsulte en une perte nette de massenergie du trou noir. allant du soudage aux acclrateurs de particules en passant par les tubes cathodiques. Quand ces particules rencontrent des nuclons dans latmosphre terrestre. comprenant des pions. Le muon est un lepton produit dans la haute atmosphre par la dsintgration dun pion. Les rayons cosmiques sont des particules se dplaant dans lespace avec de trs grandes nergies. tandis que des tlescopes ddis peuvent dtecter les plasmas dlectrons dans le cosmos. lautre membre de la paire reoit une nergie ngative. Plus de la moiti du rayonnement cosmique observ au niveau du sol consiste en muons. Donc. Observationmodifier Les appareils de laboratoire usuels sont destins mesurer des diffrences de potentiel. Le rythme du rayonnement Hawking crot quand la masse dcrot. Mais il est moins connu quils sont aussi capables de contenir et dobserver des lectrons individuels. son tour. des intensits de courant. Formation dans les rayons cosmiquesmodifier Une grande gerbe dans lair engendre par un rayon cosmique nergique fappant latomsphre terrestre. ce qui finit par provoquer lvaporation du trou noir et son explosion finale. avec de nombreuses spcialisations. la radiothrapie ou les lasers lectrons libres. Les lectrons ont beaucoup dapplications. les microscopes lectroniques. o est un muon et un neutrinomu. ainsi que des plasmas dlectrons. pour le pion ngatif . Des vnements avec des nergies jusqu eV ont t observs. le muon va se dsintgrer pour former un lectron ou un positron. .en une particule relle. En change. elles engendrent une gerbe de particules. des frquences. ce qui lui permet de rayonner dans lespace. Le moment magntique de llectron a t mesur avec une prcision de chiffres significatifs. La mise au point des piges de Paul et de Penning permet de contenir des particules charges dans un petit volume pour de grandes dures. des raies dabsorption apparaissent dans le spectre du rayonnement transmis. en . pour angle resolved photoemission spectroscopy. ce qui provoque des missions dnergie dtectables avec des radiotlescopes. Dans les conditions de laboratoire. Les scientifiques ont utilis des flashs trs brefs de lumire impulsions de attoseconde. Lobservation distance des lectrons exige la dtection de lnergie quils rayonnent. Quand un lectron passe dun niveau dnergie dun atome un autre. ce qui permet la mesure des proprits spcifiques telles que lnergie. ce qui. LARPES peut tre utilise pour dterminer la direction. . qui consiste en ondes provoques par des variations synchronises de la densit dlectrons. soit s. Le gaz dlectrons peut subir une onde de plasma. la vitesse et les diffusions des lectrons au sein du solide. Les mesures spectroscopiques de lintensit et de la largeur de ces raies permet de dterminer la composition et les proprits physiques dune substance. . Par exemple. les lectrons libres forment un plasma qui rayonne de lnergie par bremsstrahlung. Ceci permet des mesures prcises des proprits des particules. Les premires images vido de la distribution en nergie dun lectron ont t captures par un groupe de luniversit de Lund en Sude. le spin ou la charge. quand les atomes sont irradis par une source spectre large. Chaque lment ou molcule montre un ensemble caractristique de raies spectrales. tait une prcision suprieure la mesure de toute autre constante physique.. il absorbe ou met un photon une frquence caractristique. qui ont permis pour la premire fois dobserver le mouvement de llectron. Cette technique utilise leffet photolectrique pour mesurer le rseau rciproque reprsentation mathmatique des structures priodiques utilise pour dduire la structure originelle. dans des environnements riches en nergie comme la couronne des toiles. les interactions dun seul lectron peuvent tre observes au moyen de dtecteurs de particules. on a utilis un pige de Penning pour contenir un lectron unique pendant mois. La frquence dun photon est proportionnelle son nergie. En fait. en fvrier . Dans une occasion. comme le spectre dabsorption de lhydrogne. La distribution des lectrons dans les solides peut tre visualise par Spectromtrie photolectronique UV analyse en angle aussi connue sous le sigle anglais ARPES.Les aurores polaires sont principalement provoques par des lectrons nergiques pntrant dans latmosphre. la thrapie par faisceaux dlectrons est utile pour traiter des lsions de la peau comme le carcinome basocellulaire. Le traitement par faisceau dlectrons est utilis pour lirradiation des matriaux pour changer leurs proprits physiques ou striliser des produits usage mdical ou alimentaire. on fait des faisceaux dlectrons avec des acclrateurs linaires pour le traitement des tumeurs superficielles. Pour cette raison la lithographie par faisceau dlectrons est utilise principalement pour la production dun petit nombre de circuits intgrs spcialiss. simulant leffet de gaz ionisants pendant la rentre atmosphrique. sa lenteur. Les acclrateurs de particules utilisent des champs lectriques pour propulser les lectrons et les positrons haute nergie. que lon ne saurait pas souder autrement. elles mettent un rayonnement synchrotron. la ncessit de travailler sous vide et la tendance des lectrons diffuser dans le solide. et ce dhabitude sans mtal dapport. Cette technique de soudage doit tre utilise dans le vide pour viter la diffusion du faisceau par le gaz avant son arrive sur la cible. qui peut tre utilis des fins diverses. mm. un modle de la navette spatiale est vise par un faisceau dlectrons... . Cette technique est limite par son cot lev. typiquement cm pour des lectrons dans la gamme de MeV. . En radiothrapie. Quand ces particules passent travers des champs magntiques.Applications du plasmamodifier Faisceaux de particulesmodifier Pendant un test en soufflerie de la NASA. qui permet des densits dnergie jusqu W/cm sur une tache troite de . Les faisceaux dlectrons sont utiliss pour le soudage. La lithographie faisceau dlectrons est une mthode de gravure pour les semiconducteurs une finesse meilleure que le micron. Comme un faisceau dlectrons ne pntre qu une profondeur limite avant dtre absorb. Un faisceau dlectrons peut tre utilis pour complter le traitement de zones qui ont t irradies aux rayons X. Le dernier problme limite la finesse environ nm. Article dtaill Rayonnement synchrotron. Elle peut aussi tre utilise pour souder des mtaux trs bons conducteurs de la chaleur. les microscopes lectroniques sont limits par la longueur donde de de Broglie de llectron. Le microscope lectronique en transmission fonctionne avec un faisceau dlectrons passant travers une couche de matire. La technique RHEED utilise la rflexion dun faisceau dlectrons. puis projet agrandi sur un rcepteur. Il y a deux types principaux de microscopes lectroniques en transmission et balayage. et langle dincidence entre et . Le microscope lectronique dirige un faisceau dlectrons focalis sur un spcimen. Par comparaison. tant lachat qu lentretien. En enregistrant ces changements du faisceau. leur angle. . Lnergie ncessaire pour les lectrons est typiquement de lordre de eV. par exemple est . nm. Microscopiemodifier La diffraction dlectrons de basse nergie est une mthode de bombardement dun cristal avec un faisceau collimat dlectrons. comme leur direction de vol. angles faibles avec la surface. leur phase relative ou leur nergie. Cette capacit fait du microscope lectronique un instrument de laboratoire utile pour limagerie haute rsolution. par ltalement moyen des nergies des constituants du systme. Dans les microscopes balayage. Cette longueur donde. certains lectrons changent de proprits. Le rayonnement synchrotron peut aussi tre utilis pour ce que lon appelle le refroidissement des faisceaux dlectrons. Corrig daberrations. En lumire bleue. ce qui provoque une polarisation du faisceau dlectrons un processus nomm effet SokolovTernov ennote . avec observation des structures de diffraction afin de dterminer la structure du cristal.Lintensit de ce rayonnement dpend du spin. Les faisceaux dlectrons polariss peuvent tre utiles pour diverses expriences. nm pour des lectrons acclrs par un potentiel de V. limage est produite en balayant le spcimen avec un faisceau dlectrons focalis finement.. comme dans une tlvision. Lnergie de faisceau est typiquement dans la gamme de keV. pour caractriser la surface de matriaux cristallins. il est capable dune rsolution infrieure . pour les deux types de microscopes. Les grandissements vont de fois de fois ou plus. cest dire pour diminuer les carts moyens entre leurs nergies. notamment celles qui ont trait aux proprits lies au spin. les microscopistes peuvent produire des images du spcimen la rsolution atomique. Pendant les interactions des lectrons avec le spcimen. ce qui suffit largement rsoudre des atomes individuels. Cependant les microscopes lectroniques sont des instruments chers. Articles dtaills Microscopie lectronique en transmission et Microscopie lectronique balayage. les microscopes optiques ont une rsolution limite par la diffraction denviron nm. Laspect ondulatoire des lectrons est largement utilis au XXIe sicle dans certains modes dutilisation. Cette expression est utilise par analogie avec la dfinition de la temprature thermodynamique. Les tubes lectroniques utilisaient le courant dlectrons pour manipuler des signaux lectriques. Les capteurs photographiques utilisent leffet photolectrique les photons incidents produisent des lectrons libres au sein dune matrice de dtecteurs qui sont par la suite compts lors de la lecture du capteur. La microsonde de Castaing est une forme de microscope lectronique balayage. tels que les transistors. . Article dtaill Capteur photographique. o lon sintresse aux rayons X mis par lchantillon sous limpact du faisceau dlectrons. chaque photon absorb par la photocathode dclenche une avalanche dlectrons qui produit une impulsion de courant dtectable. Le microscope effet tunnel utilise leffet tunnel des lectrons entre une pointe de mtal aigu et le spcimen. Autres applicationsmodifier Article dtaill Laser lectrons libres. les crans dordinateur et les postes de tlvision. photographie. Article dtaill Photomultiplicateur. Le laser lectrons libres met un rayonnement lectromagntique cohrent de haute brillance dans un grand domaine de frquences. Article dtaill Tube cathodique. Article dtaill Microscope effet tunnel. .. Leur rendement et leur versatilit font quils ont supplant la plupart des usages de la pellicule photographique. Les lectrons sont au cur des tubes rayons cathodiques. Ils ont maintenant t largement supplants par les dispositifs semiconducteurs. et peut produire des images de sa surface avec la rsolution dun atome. Une analyse spectromtrique de ce rayonnement permet de tracer une carte microscopique des concentrations dlments prsents dans lchantillon. que lon a trs largement utiliss comme systmes de visualisation dans les instruments de laboratoire. Dans un tube photomultiplicateur. Article dtaill Tube lectronique. Les applications en imagerie sont diverses astronomie. observation militaire. des microondes aux rayons X mous.Article dtaill Microsonde de Castaing. et ils ont jou un rle critique dans le dveloppement de la technologie de llectronique. cinmatographie dans des gammes de longueur donde allant de lultraviolet linfrarouge. /. les quarks. tandis que sa masse lui est de fois suprieure. rechercher Le modle standard classe les particules lmentaires en deux grandes familles les fermions et les bosons. le neutrino et les quarks sont des fermions. les fermions obissent la statistique de FermiDirac et les bosons obissent celle de BoseEinstein. laissant sa place un lectron.. les leptons. on connat llectron cette particule stable est de masse fois moindre que celle du proton. qui ne sont pas soumis linteraction forte . s. Il na quune charge faible alors que llectron possde aussi une charge lectrique. llectron. Sommaire masquer Les leptons Les quarks Le principe dexclusion de Pauli Proprits des fermions Liens internes Les leptonsmodifier Article dtaill Lepton. Il existe trois types de neutrinos . le muon se dsintgre en . le neutrino lectronique e mis lors de la dsintgration transformation dun neutron en proton . Formellement. le muon cette particule instable a la mme charge que llectron et est fois plus massive que ce dernier. lencyclopdie libre. . Il se dsintgre en . Les fermions sont les particules spin demientier cestdire /. le tauon cette particule trs instable est de mme charge que llectron. et de charge ngative e . laissant sa place un neutrino et un antineutrino . qui sont soumis toutes les interactions de la nature. le neutrino le plus lger des fermions. Il na presque aucune interaction avec la matire. . le muon. un neutrino et un antineutrino . Laiss luimme.Fermion Un article de Wikipdia. Dans la famille des leptons. . . /. s par le biais de linteraction faible. le neutrino mis lors de la dsintgration dun muon .. Aller Navigation. Les autres fermions sont tous composs. Les fermions se regroupent en deux familles . en plus. si les bosons peuvent tre vecteurs dinteractions. produits en laboratoire. On compte six reprsentants de la famille des quarks le quark down d. Le principe dexclusion de Paulimodifier Le principe dexclusion de Pauli formul en par Wolfgang Pauli interdit deux fermions de se trouver au mme endroit dans le mme tat quantique. une charge lectrique et les quarks naturels qui ne sont pas obtenus en laboratoire ont la fois des charges lectrique et faible mais aussi une charge de couleur le soumettant linteraction forte. les fermions prsentent une nature duale. mais est dans tous les cas bien suprieure celle de llectron. llectron a. Leur masse varie. les fermions apparaissent tous comme des particules cest le cas de llectron. ce nest jamais le cas pour les fermions. Ainsi dans latome.. lchelle macroscopique. du muon et de tous les autres fermions. Ils possdent une charge de couleur qui les soumet linteraction forte. En raison de leur faible masse les neutrinos et ont une masse bien infrieure celle de llectron. cestdire quil peuvent se comporter comme des particules mais aussi comme des ondes. la plus importante des interactions. On remarque galement que tous les fermions ont une charge quelconque le neutrino a une charge faible. Enfin. ces trois types de neutrinos sont stables. d et u. Tableau rcapitulatif Fermions lmentaires Quarks Leptons Fermions composs Nuclons Hyprons . le neutrino mis lors de la dsintgration du tauon. Proprits des fermionsmodifier lchelle quantique. u et d et neutrons d. Les neutrinos sont probablement les particules les plus abondantes de lUnivers. tous les lectrons ont des nombres quantiques diffrents . Les quarks sassocient par triplets pour former protons u. le quark up u. le quark strange s et trois autres. cest galement le cas dans tous les autres systme de fermions. Les quarksmodifier Article dtaill Quark. Dcouverte . Aller Navigation. rechercher Gluon Proprits gnrales Classification Boson Composition lmentaire Groupe Boson de jauge Interactions Forte Proprits physiques Masse Charge lectrique Spin Dure de vie Stable Historique Prdiction Han. lencyclopdie libre. Nambu et Greenberg.Charg ./ e / stable down up neutrino lectro lectroniqu n e neutrino muonique neutrino taunique proto neutro n n Sigma Ksi Omg aSigma Sigma Ksi Lambd a Lambd a stran charm instab ge ed le beaut top y muon tauon Gluon Un article de Wikipdia. antibleue. Liens externes o . et antirouge. Ils permettent ainsi lexistence des protons et des neutrons. comme les quarks et une anticharge de couleur comme les antiquarks.Le gluon est le boson responsable de linteraction forte. Les gluons confinent les quarks ensemble en les liant trs fortement. un pour chaque combinaison de charge et danticharge de couleur rouge. vert. Dans la thorie de la chromodynamique quantique quantum chromodynamics. ce qui rend lanalyse mathmatique de linteraction forte trs complique. vert ou bleu. de mme que la nouvelle charge de couleur du quark. ce qui donnerait les gluons suivants . Il y a diffrentes sortes de gluons. ils peuvent aussi interagir avec dautres gluons. qui est utilise aujourdhui pour dcrire linteraction forte. Articles connexes o . antivert. ainsi que des autres hadrons et donc de lunivers que nous connaissons. les gluons sont changs lorsque des particules possdant une charge de couleur interagissent. Sommaire masquer Caractristiques de charge et masse des gluons Pourquoi ny atil que gluons au lieu de Preuve exprimentale Origine des gluons Voir aussi o . Lorsque deux quarks changent un gluon. bleue. notes et rfrences Caractristiques de charge et masse des gluonsmodifier Leur masse est probablement nulle quoiquil nest pas exclu quils puissent avoir une masse de quelques MeV Leur charge lectrique est nulle Ils ne possdent quun spin . le gluon se chargeant dune anticouleur compensant la perte du quark. Chaque gluon porte une charge de couleur rouge. en fonction de leur charge et de leur anticharge de couleur. tant donn que les gluons portent euxmmes une charge et une anticharge de couleur. ou QCD. leur charge de couleur change . Pourquoi ny atil que gluons au lieu de modifier A priori il pourrait y avoir types de gluons. Une explication plus dtaille en anglais peut tre trouve ici. chacun pouvant tre reprsent par une combinaison linaire des tats fondamentaux aussi appels tats propres lists cidessus. du fait que les tats compltement neutres du point de vue de la couleur ninteragissent pas par interaction forte Ceci implique alors que les tats fondamentaux cits plus haut ne sont plus tous indpendants. Preuve exprimentalemodifier La premire trace exprimentale des gluons a t dcouverte en dans lacclrateur de particules PETRA collisions lectronpositron du laboratoire DESY Hambourg. du point de vue mathmatique il existe un nombre infini de gluons. ce qui permet lexistence des protons et des neutrons. Cependant. lencyclopdie libre. Cette relation rduit de le nombre de degrs de libert correspondants. la chromodynamique quantique nous apprend que la relation linaire suivante lie des tats fondamentaux. librant les quarks de lemprise des gluons et crant un tat de la matire encore jamais observ . Ces collisions devraient produire une temprature plus de fois suprieures celle qui rgne au coeur du Soleil ce qui devrait en quelque sorte faire quotfondrequot les protons et les neutrons de la matire. Une exprience de Physique nuclaire et hadronique nomme ALICE vise tudier ce plasma. pour mieux comprendre la ChromoDynamique Quantique. les gluons ont confin les quarks ensemble. un gluon pourrait tre reprsent par ltat combin . Ce plasma sera produit au LHC Large Hadron Collider du CERN. puis alors que ce plasma se refroidissait.. Il ny a plus que degrs de libert disponibles. par collisions collision nuclonnuclon dions lourds de plomb trs haute nergie. lorsque la preuve dune collision jets fut faite le troisime jet fut ainsi attribu lmission dun gluon par un des quarks produits.. Redirig depuis Modle standard physique Aller Navigation. Cet tat est dit Plasma de Quarks et de Gluons PQG. rechercher . Origine des gluonsmodifier Selon la thorie du Big Bang. donc tats fondamentaux linairement indpendants. Ce genre de combinaisons dtats est assez courant en mcanique quantique. Par exemple. lUnivers primordial tait une temprature et une pression telles que les quarks et les gluons devaient tre totalement libres dconfins . ainsi que des autres hadrons. En fait. donc gluons. le plasma de quarks et de gluons . Modle standard physique des particules Un article de Wikipdia. Le modle standard de la physique des particules est une thorie qui dcrit les interactions forte. La ncessit de cette thorie vient du fait de lincapacit totale. les physiciens ont essay de classer ces particules.Pour les articles homonymes. Troisime gnration Les forces fondamentales de lunivers Les particules ou quanta de champ Dfauts du modle standard o . cestdire quelle distingue des familles de particules par les forces auxquelles elles sont sensibles. force. Sommaire masquer Bref historique Les particules ou quanta de matire o . en physique. Cest une reprsentation qui sapplique aux objets quantiques et qui tente dexpliquer leurs interactions. Rfrences Voir aussi o . Les problmes de jauges Critiques Notes et rfrences o . agglomrat de protons et de neutrons. Deuxime gnration o . Bibliographie Bref historiquemodifier A la suite dErnest Rutherford qui a dmontr que les atomes taient constitus dun noyau. autour duquel tournaient des lectrons. comme les dsintgrations nuclaires. Notes o . faible et lectromagntique. faisant apparatre des centaines de particules. La valeur de chacun de ces paramtres nest pas fixe par des principes premiers mais doit tre dtermine exprimentalement. Le modle standard possde paramtres libres dont pour dcrire les paramtres de masse des neutrinos qui dcrivent entre autres les masses des particules lmentaires ainsi que leurs diffrents couplages. Elle est btie sur le triptyque particule. . de nombreuses expriences de collisions atomiques ont eu lieu. mdiateur. ainsi que lensemble des particules lmentaires qui constituent la matire. chaque force sexerant au moyen de mdiateurs changs par les particules qui y sont soumises. voir Modle standard. de dcrire correctement les phnomnes nuclaires. Pour sy retrouver. Liens externes o . Les trois familles de fermions o . Premire gnration o . Les particules lmentaires de matire se rpartissent en leptons et en quarks.. plus leve chaque gnration. tandis que les neutrons sont forms dun quark up et de deux down. Premire gnrationmodifier Particule Notati on e Charge lectrique Charge forte Masse keV/c Spi n / lectron . Ils dcouvrirent ensuite que msons et baryons taient en fait des particules composes. mais dont les autres caractristiques taient opposes par exemple. comme le mson . champ quantique.Pour commencer. Puis ils classrent les particules de matire. plus lgres. quantum de champ associ dj mentionn plus haut. Les particules ou quanta de matiremodifier Les particules lmentaires de matire sont des fermions. ils sont donc de spin demientier k / et sont soumis au principe dexclusion de Pauli. organis autour du triptyque quantum de matire. Les particules de deuxime et troisime gnrations sont instables et se dsintgrent rapidement en particules de premire gnration. les msons du grec mesos moyen. et llectron correspond un positron de charge lectrique positive. En effet. Voici un tableau regroupant par gnration les diffrents leptons et quarks. quils regrouprent alors sous le vocable de hadrons du grec hadros fort. suivant trois gnrations qui ne diffrent lune de lautre que par la masse. Ils ont ainsi abouti au Modle Standard. Les fermions obissent la statistique de FermiDirac . Pour ne pas surcharger ce tableau. ils firent la distinction entre particules ou quanta de matire et de champs. les protons sont forms de deux quarks up et dun down. comme llectron ou le neutrino . Seules les particules de premire gnration forment la matire ordinaire. Les autres baryons furent appels hyprons. comme le proton ou le neutron. de loin les plus nombreuses. Les physiciens constatrent par ailleurs qu chacune de ces particules correspondait une antiparticule de mme masse. les antiparticules ny sont pas reprsentes. Protons et neutrons furent qualifis de nuclons en raison de leur rle essentiel dans les noyaux atomiques et de leurs masses voisines.. les baryons du grec barys lourd. en trois catgories suivant leur masse les leptons du grec leptos lger. au proton correspond un antiproton de charge lectrique ngative. vert. bleu rouge. GeV/c Spi n / Tau Neutrino tau Quark Top Quark Bottom rouge. GeV/c t / / b / / .Neutrino lectronique Quark Up e rouge. vert. bleu . bleu lt eV/c / GeV/c . bleu rouge. bleu rouge. vert. vert. vert. GeV/c MeV/c Spi n / Muon Neutrino mu Quark Charm Quark Strange / c / / s / / Troisime gnrationmodifier Particule Notati on Charge lectrique Charge forte Masse . vert. bleu lt eV/c MeV/c MeV/c / u / / Quark Down d / / Deuxime gnrationmodifier Particule Notati on Charge lectrique Charge forte Masse MeV/c lt eV/c rouge. dites de champ. Les quarks ne peuvent exister isolment. mdiateur de la force lectromagntique .et . la thorie lectrofaible en fait. qui assure la cohsion du noyau atomique . Les bosons ont un spin entier et peuvent coexister entre eux dans le mme tat quantique. Dans ce dernier cas. elle associe force faible et force lectromagntique et englobe donc llectrodynamique quantique. cestdire quelles obissent la statistique de BoseEinstein. les trois dernires tant regroupes dans le modle standard . la force de gravitation elle sexerce sur toutes les particules proportionnellement leur masse . supports de ces forces. Ces quatre forces sont dcrites respectivement par quatre thories . ou de trios de quarks les baryons. Tous les hadrons dont la dcouverte a t confirme PDG se prsentent sous forme de paires quarkantiquark les msons. Ainsi par exemple dsigne la reprsentation triviale ce qui signifie que la particule nest pas charge sous le groupe correspondant. Cest dailleurs pourquoi ces particules virtuelles sont aussi appeles particules messagres ou mdiateurs . la force forte. de masse et charge nulles. . Les particules ou quanta de champmodifier Pour chacune des forces fondamentales. Les diffrents bosons dcrit par le modle standard sont le photon de spin plus prcisement dhlicit . qui consiste essentiellement transmettre les forces fondamentales. Ce sont des bosons. Les forces fondamentales de luniversmodifier Elles sont au nombre de quatre . et dont drive la force nuclaire. A la diffrence du cas de llectrodynamique quantique les charges faibles et fortes ne sont pas des nombres proprement parler mais des reprsentations des groupes SU et SU qui dcrivent mathmatiquement respectivement linteraction faible et linteraction forte. la relativit gnrale. Les particules de champ peuvent tre relles ou virtuelles. la chromodynamique quantique. . . . . elles ont une dure dexistence extrmement brve et sont observes indirectement par leur action. . qui sexerce entre les quarks. . la force lectromagntique elle sexerce sur les particules de matire lectriquement charges . la force nuclaire faible elle concerne seulement certains quarks et leptons et est responsable des radioactivits . llectrodynamique quantique. il existe des particules. Critiquesmodifier Selon Alain Connes. Ceci est dailleurs un sujet cher aux thories de grande unification. bien que lon souponne avoir aperu leur trace dans certaines collisions observes au CERN. ces particules. En date de . qui permettent en principe dexpliquer ces symtries en les incluant comme sousgroupes dun groupe plus large que les trois premiers. mdiateurs de la force forte. gluons de spin plus prcisement dhlicit et de masse nulle. Aller Navigation. aucune thorie audel du modle standard nexplique de manire prcise lexistence de ces trois familles. rien ne dit quil nexiste pas dautres familles. qui sont des champs scalaires. et surtout. W et Z . La masse du quark u est de lordre du MeV. rechercher Neutrinos . Ces bosons nont pas encore t officiellement dtects. De la mme faon que pour les familles de fermions. SU et SU. Leur existence sera en principe dfinitivement tablie ou rfute dans le cadre des nouvelles expriences mises en place au LHC qui a t mis en service le septembre . mais dans des gammes de masse trs diffrentes.c. supposs confrer leur masse aux autres particules par un mcanisme de brisure spontane de symtrie appel dans ce cadre le mcanisme de Higgs. Dautre part. dits aussi bosons faibles. lencyclopdie libre. Le groupe mathmatique SU aurait pu convenir et cest sur lui que reposait la thorie de la Grande Unification GUT en anglais. il faut ajouter un ou plusieurs bosons de Higgs de spin . Neutrino Un article de Wikipdia. mdiateurs de la force faible les bosons W . Dfauts du modle standardmodifier Les trois familles de fermionsmodifier Le modle standard ne prdit pas pourquoi il existe trois gnrations de fermions portant les mmes charges. elle prdisait la dsintgration des protons. rien ninterdit lexistence de sous groupes de symtries. Lunitarit de la matrice CKM est un test sensible de lexistence dune autre gnration de fermions. bosons intermdiaires de spin et de masse leve.cnote alors que celle du t est de lordre de GeV. qui na jamais t observe exprimentalement. Mais cette symtrie de jauge compliquait le modle standard en obligeant postuler bosons. Les problmes de jaugesmodifier Le lagrangien de jauge du modle standard est compos de trois symtries internes aux particules U. personne ne pense que le modle standard soit le fin mot de lhistoire surtout cause du trs grand nombre de paramtres libres quil contient. bien que trs petite. Sommaire masquer Histoire Caractristiques physiques o .c lt MeV. Articles connexes o .Proprits gnrales Classification Leptons Composition lmentaires Proprits physiques e lt . Rfrences Voir aussi o . est diffrente de zro. Toutefois. Masse o . Liens externes . Lexistence du neutrino a t postule pour la premire fois par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la dsintgration bta ainsi que lapparente nonconservation du moment cintique. Notes o .c Masse lt keV. Longtemps sa masse fut suppose nulle. Naissance Types de dtecteurs de neutrinos Expriences actuelles Les tlescopes neutrinos Les neutrinos audel du modle standard Notes et rfrences o . Section efficace dinteraction o . eV. Bibliographie o .c Charge lectrique Spin Dure de vie Stable Le neutrino est une particule lmentaire du modle standard de la physique des particules. des expriences ralises en au SuperKamiokande ont montr que celleci. Cest un fermion de spin . Ils sont appels daprs le lepton qui leur est associ dans le modle standard. Leur section efficace dinteraction sa probabilit dinteragir est donc trs faible car il sagit dune force courte porte. ils interagissent uniquement par interaction faible la gravit bien que prsente est ngligeable. confront au problme du spectre en nergie de la dsintgration . le neutrino muonique ou neutrinomuon . le neutrino et son antiparticule sont deux particules diffrentes . comme le sont les autres fermions lmentaires du modle standard. En . Sur milliards de neutrinos de Mev qui traversent la Terre. Il en existe donc trois saveurs. une pour chaque famille de leptons le neutrino lectronique ou neutrinolectron e. si le neutrino est une particule de Majorana. Cette nature implique un certain nombre de consquences importantes. Enrico Fermi lui donne le nom de neutrino en en lincorporant dans sa thorie de linteraction faible. cest en fait lantineutrino lectronique. La section efficace dun neutrino de GeV compare celle dun lectron et dun proton de mme nergie est approximativement dans le rapport / / . Le neutrino a une charge nulle et son hlicit est gauche le spin pointe dans la direction oppose au mouvement . Goldhaber et ses collgues en . le neutrino muonique est dcouvert Brookhaven. au CERN.Histoiremodifier En . un seul va interagir avec les atomes constituant la . qui accompagne la formation dun lectron conservation du nombre leptonique lors de la transformation dun neutron en proton par Frederick Reines et Clyde Cowan auprs dun racteur nuclaire. Caractristiques physiquesmodifier Les neutrinos sont des particules lmentaires appartenant aux leptons fermions de spin . le neutrino tauique ou neutrinotau . Section efficace dinteractionmodifier Les neutrinos ne possdant pas de charge lectrique ni de couleur. Le neutrino est dcouvert exprimentalement en . Wolfgang Ernst Pauli invente le neutrino pour satisfaire le principe de conservation de lnergie. le neutrino et lantineutrino sont une seule et mme particule. le LEP. En . Lune des interrogations majeures au sujet du neutrino concerne la nature de la relation entre le neutrino et lantineutrino si le neutrino est une particule de Dirac. par exemple au niveau de lasymtrie matireantimatire de lUnivers. Le neutrino tau est dcouvert en dans lexprience DONUT. dmontre quil ny a que trois familles de neutrinos. hlicit droite pour lantineutrino comme la dmontr lexprience de M. ont montr que les neutrinos peuvent. Il faudrait une paisseur dune annelumire de plomb pour arrter la moiti des neutrinos de passage. Massemodifier Dans le modle standard minimal. muonique ou tauique en une autre. Un autre problme en astrophysique qui concernait les neutrinos est celui de la matire sombre. combines aux rsultats des expriences doscillations. est toutefois dtectable par linfluence gravitationnelle quelle exerce sur la matire visible comme les toiles et les galaxies. et. Ces effondrements de supernova produisent dimmenses quantits de neutrinos. Naissancemodifier Daprs les connaissances actuelles. le plus lourd aurait une masse infrieure . eV/c daprs les contraintes cosmologiques apportes par le satellite WMAP et les modles cosmologiques actuels. quand des neutrinos provenant de la supernova a ont t dtects par les expriences japonaise et amricaine Kamiokande et IMB. se transformer continuellement dune forme de saveur lectronique. Ce phnomne nest possible que si les neutrinos possdent une masse et que celleci est diffrente pour chaque saveur. Thoriquement. Dans une supernova qui seffondre. En effet. on pensait que si les neutrinos possdaient une masse ils pourraient peuttre constituer la matire sombre. La majeure partie de lnergie dgage lors de leffondrement dune supernova est rayonne au loin sous la forme de neutrinos produits quand les protons et les lectrons se combinent dans le noyau pour former des neutrons. la masse des neutrinos est bien trop petite pour quils puissent contribuer une fraction significative de lhypothtique matire sombre. La dcouverte de ce phnomne a permis de fournir une solution au problme des neutrinos solaires. . La masse des neutrinos est trs faible. Les autres neutrinos que lon trouve dans lunivers sont crs au cours de la vie des toiles ou lors de lexplosion des supernovae. Mais des expriences rcentes. lunivers na cess de stendre. La premire preuve exprimentale de ceci fut fournie en . la masse manquante de lunivers selon certaines thories. milliards dannes. ils forment aujourdhui un fond de rayonnement cosmique de temprature gale . peu aprs la naissance de lunivers. do le terme matire sombre. notamment celle de SuperKamiokande en et celle mene lObservatoire de Neutrinos de Sudbury depuis . Cette matire qui nmet pas de lumire. kelvin. lunivers semble contenir beaucoup plus de matire que celle qui est dtectable par le rayonnement quelle met. Depuis. Les dtecteurs de neutrinos contiennent donc typiquement des centaines de tonnes dun matriau et sont construits de telle faon que quelques atomes par jour interagissent avec les neutrinos entrant.Terre. Toutefois. la masse volumique dans le noyau devient suffisamment leve grammes/cm pour que les neutrinos produits puissent tre retenus un bref moment. de se refroidir et les neutrinos ont fait leur chemin. selon les connaissances actuelles. jusqu rcemment. par lintermdiaire dun phnomne appel oscillation du neutrino . les neutrinos nont pas de masse. les premiers neutrinos seraient apparus il y a environ . Dans ces dtecteurs. qui se dplace alors plus rapidement que la lumire dans ce milieunote . tant donne la faible section efficace dinteraction des neutrinos. Les dtecteurs eau lourde emploient trois types de ractions pour dtecter les neutrinos la mme raction que les dtecteurs eau lgre. Les avantages de ce type de dtecteur sont de dtecter la fois la direction du neutrino. sa saveur et son nergie. Ces dtecteurs avaient le dsavantage majeur de ne pas dterminer la direction du neutrino entrant. et une troisime raction dans laquelle le neutrino casse un noyau de deutrium en proton et neutron sans luimme changer de nature. contenant tonnes de liquide. Le dtecteur film photographique OPERA. Le fluide doit tre purg priodiquement avec du gaz hlium qui enlve largon. Dans ces dtecteurs. Les dtecteurs au gallium sont semblables aux dtecteurs au chlore mais sont plus sensibles aux neutrinos de faible nergie. Ce type de dtecteur ne fournit pas non plus dinformation sur la direction du neutrino. tels ceux des expriences Double Chooz et Kamland. une raction impliquant la collision dun neutrino avec le neutron dun noyau de deutrium. un neutrino convertit le gallium en germanium qui peut alors tre dtect chimiquement. Leur principal point commun est dtre compos dune grande quantit de matriel. ce qui engendre. un neutrino transfre son nergie un lepton charg. dtecte les neutrinos mis par un faisceau gnr au . qui dtecta la premire fois le dficit des neutrinos provenant du Soleil et qui permit de dcouvrir le problme des neutrinos solaires. Les dtecteurs eau ordinaire. install dans le tunnel du Gran Sasso en Italie. ou dtecteur erenkov. On distingue notamment Les dtecteurs au chlore furent les premiers employs et se composent dun rservoir rempli de ttrachlorure de carbone CCl. une production de lumire caractristique permettant de remonter la trajectoire initiale de la particule. ce qui permet daugmenter significativement le nombre de neutrinos dtects. tels que SuperKamiokande. Cest ce type de dtecteur qui a enregistr le sursaut de neutrinos de la supernova a. des tubes photomultiplicateurs. Ils sont galement gnralement situs profondment sous terre ou sous la mer.Types de dtecteurs de neutrinosmodifier Il y a plusieurs types de dtecteurs de neutrinos. Dans ces dtecteurs. Ils sont en gnral pour cette raison utiliss pour dtecter les neutrinos en provenance de centrales nuclaires. Le liquide scintillant permet de dtecter trs prcisment lnergie du neutrino. ce qui libre un lectron. un neutrino convertit un atome de chlore en un atome dargon. Lhlium doit alors tre refroidi pour le sparer de largon. permettent de dtecter des neutrinos dnergie de lordre du MeV. Il autorise galement un large volume de dtection pour un cot minime. Ce type de dtecteur est en fonction dans lobservatoire de neutrinos de Sudbury. par effet erenkov. mais ne donne pas dinformation quant sa direction. Les dtecteurs liquide scintillant. Les rsultats de ces ractions peuvent tre dtects par des tubes photomultiplicateurs et des dtecteurs de neutrons. dans le Dakota du Sud. Ils sont constitus dun grand rservoir deau pure entour par des dtecteurs trs sensibles la lumire. afin de saffranchir du bruit de fond occasionn par le rayonnement cosmique. Cest le dtecteur au chlore de Homestake. CERN par une technique originale des couches photographiques sont alternes avec des feuilles de plomb. afin de dtecter loscillation du neutrino muonique en neutrino tauique. il complterait pour la premire fois la matrice doscillation des neutrinos cf. de Dirac. ce qui serait la premire constatation dune oscillation vers le neutrino tauique. qui dtectent le spectre en nergie et la trajectoire des deux lectrons afin de rejeter le plus de bruit de fond possible. par opposition au neutrino classique. et en particulier sur leurs oscillations. En mesurant lapparition de neutrinos lectroniques dans ce faisceau de neutrinos muoniques. Le dveloppement des films photographiques permet de reconstruire la topologie de linteraction. km. Un dtecteur proche et un lointain permettront de mesurer la diffrence de flux et ainsi mesurer une disparition de ces neutrinos. il dtecte le flux de neutrinos par un ensemble dappareils complmentaires m du point de cration du faisceau. Lavantage de ce type dexprience est de contrler le flux et le moment o les particules sont envoyes. situ en France Chooz. trajectographecalorimtre pour lexprience NEMO et le projet SuperNEMO. puis observe les neutrinos interagissant km de l dans SuperKamiokande. le clbre dtecteur erenkov eau. Double CHOOZ. la collaboration OPERA a annonc avoir mis en vidence avec une probabilit de un vnement de ce type. Lobjectif est donc similaire celui de lexprience TK. mais par des mthodes complmentaires. Ils sont de deux types calorimtrique tels GERDA et CUORE. Expriences actuellesmodifier Diffrentes expriences de physique des particules cherchent amliorer les connaissances sur les neutrinos. les physiciens tudient galement des neutrinos crs dans les acclrateurs de particules comme dans les expriences KK et CNGS. cherche depuis dtecter les neutrinos tauiques issus de loscillation de neutrinos muoniques gnrs au CERN. afin didentifier le tau issu de linteraction du neutrino tauique. utilisera le racteur nuclaire de Chooz afin den dtecter les neutrinos lectroniques. ce qui prouverait que le neutrino et lantineutrino sont une seule et mme particule neutrino de Majorana. plusieurs autres expriences devraient dbuter TK. utilise un faisceau de neutrinos cr par lacclrateur JPARC Tokai. Oscillation de neutrinos. Le mai . On peut ainsi se placer aux extremums des oscillations o la mesure des paramtres doscillation est la plus prcise. Ardennes. disparition caractristique du phnomne doscillation. En . . situ au Japon. Outre les neutrinos crs par les ractions nuclaires dans le Soleil et ceux venant de la dsintgration bta dans les centrales nuclaires. on connat leur nergie et la distance quelles parcourent entre leur production et leur dtection. ils dtectent seulement lnergie totale de la double dsintgration bta pour reconstruire fidlement le spectre dnergie . Ainsi. install dans le tunnel du Gran Sasso en Italie. De plus. le dtecteur OPERA. afin de chercher lexistence dune double dsintgration bta sans mission de neutrinos. la manire de son prdcesseur KK. Les dtecteurs de double dsintgration bta ils permettent de dtecter le spectre de la double dsintgration bta avec mission de neutrinos. cherche quant elle mesurer directement la masse du neutrino. Ce muon. Notre ciel a toujours t observ laide des photons des nergies trs diffrentes allant des ondes radios aux rayons gamma. est align avec le neutrino et se propage sur une dizaine de kilomtres dans la Terre. Lutilisation dune autre particule pour observer le ciel permettrait douvrir une nouvelle fentre sur lUnivers. et donc la trajectoire du muon et du neutrino incident. Lorsquun neutrino muonique traverse la Terre. Ils doivent tre placs sous des kilomtres deau pour. constituent une tape majeure dans le dveloppement de lastrophysique des . ces immenses volumes situs aux fonds des eaux et regardant sous nos pieds. dune part. il possde une trs faible section efficace dinteraction et peut ainsi sextirper des zones denses de lunivers comme les abords dun trou noir ou le cur des phnomnes cataclysmiques il faut prciser que les photons que nous observons des objets clestes ne nous proviennent que de la surface des objets et non pas du cur .Mais les oscillations ne sont pas la seule proccupation des scientifiques lexprience KATRIN. tre dans lobscurit absolue. lquivalent pour la lumire du bang supersonique. il ninteragit que par interaction faible et transporte ainsi des informations sur les phnomnes nuclaires des sources. et ainsi la position de la source dans le ciel. Les tlescopes neutrinos. pour avoir un blindage aux rayons cosmiques qui constituent le bruit de fond principal de lexprience. contrairement au photon qui est issu de processus lectromagntiques. sil a une nergie audel dune centaine de GeV. par ltude du spectre de dsintgration bta du tritium. Il est donc possible de localiser approximativement la direction de sa source . installe en Allemagne. Les tlescopes neutrinosmodifier Article dtaill Tlescope neutrinos. Le neutrino est pour cela un parfait candidat il est stable et ne risque pas de se dsintgrer au cours de son parcours . Un des principes possibles pour un tel tlescope est dutiliser la Terre comme cible permettant darrter les neutrinos astrophysiques. Il sagit dun cne de lumire bleute. il va pouvoir sortir de la Terre et se propager dans la mer o seraient installs les tlescopes neutrinos. La rsolution angulaire actuelle est de lordre du degr. Ce type de tlescope neutrinos est constitu dun rseau tridimensionnel de dtecteurs de photons des photomultiplicateurs qui permet de reconstruire le cne erenkov. il est neutre et nest donc pas dvi par les champs magntiques. Des dimensions de lordre du kilomtre cube pour avoir une sensibilit suffisante aux faibles flux cosmiques. et. il engendre de la lumire erenkov. Ces tlescopes neutrinos sont dploys dans un grand volume deau liquide ou de glace pour que la lumire mise par le muon soit perceptible. il a une faible chance dinteragir et ainsi dengendrer un muon. Ce muon allant plus vite que la vitesse de la lumire dans leau. Une nouvelle astronomie complmentaire est ainsi en train de se crer depuis une dizaine dannes. dautre part. Sil a t cr dans la crote terrestre. permet de fournir une prdiction pour la masse de ces particules. R. les spcialistes se demandent encore en pourquoi lUnivers contient plutt de la matire. Dans cette optique. contient obligatoirement des neutrinos massifs. Lun des attraits de ce modle est quil pourrait permettre dexpliquer lasymtrie plutt dire dissymtrie puisquon parle de brisure de symtrie . selon le langage de Prigogine matire/antimatire de notre Univers. dans le formalisme dAlain Connes. Amliorez sa rdaction On appelle particules lmentaires les constituants fondamentaux de lunivers dcrits par le modle standard de la physique des particules. Ce modle considre les neutrinos comme des particules de Majorana. des neutrinos de chiralit droite sont introduits on tend donc le contenu en particules du modle standard do lappellation audel que lon suppose trs massifs bien audel de lchelle lectrofaible. Particule lmentaire Un article de Wikipdia. En effet. Sont actuellement en fonctionnement IceCube. en Antarctique. ceux que lon observe jusqu prsent. provenant du formalisme utilisant la gomtrie noncommutative. La gomtrie noncommutative. fait qui sera infirm ou confirm dans les prochaines annes par lexprience NEMO tudiant la double dsintgration sans neutrino. Cette dernire hypothse est justifie par le fait que lon ne les ait jamais observs jusqu prsent et par des considrations de symtrie. les thoriciens ont dvelopp de nombreuses thories dites audel du modle standard afin dexpliquer cette masse. Ce modle. Les neutrinos audel du modle standardmodifier Depuis que les spcialistes savent que les neutrinos ont une masse. Un des modles les plus prometteurs est le modle du seesaw balanoire . Wulkenhaar sest intress au modle de grande unification et a obtenu ainsi de manire naturelle le lagrangien de YangMills coupl au champ de Higgs. Des processus issus de la dsintgration des neutrinos droits dans des priodes o lUnivers tait trs jeune permettent de comprendre ce phnomne. o tous les fermions font partie dune mme reprsentation irrductible. Ces particules subatomiques sont dites . lencyclopdie libre. Ainsi.particules et devrait permettre de nouvelles dcouvertes en astrophysique. plus les neutrinos gauches sont lgers. Aller Navigation. Il existe en effet un lien trs fort entre la masse des neutrinos gauches et celle des neutrinos droits elles sont inversement proportionnelles. sans presque aucune antimatire. Une contrainte naturelle. permet de reformuler galement de faon lgante la plupart des thories de jauge avec brisure spontane de symtrie. Dans ce modle. matire noire et oscillations de neutrinos. on arrive expliquer la faible masse des neutrinos gauches. rechercher Cet article nest pas rdig ou prsent conformment aux recommandations. Donc plus les neutrinos droits sont lourds. et Antares. dans la mer Mditerrane. cosmologie. Les processus impliqus sont appels la leptognse et la baryognse. On distingue les particules lmentaires qui ont un spin demientier et obissent la statistique de FermiDirac et au principe dexclusion de Pauli. ne sont pas non plus lmentaires car ils sont constitus de quarks. Seuls les fermions de la premire gnration dont la masse est la plus faible sont couramment observs et constituent la matire que nous connaissons . lectrons et quarks sont des particules lmentaires car ils ne sont constitus daucune autre particule. lmentaires en ce quelles ne rsultent pas de linteraction dautres particules plus petites . de protons et de neutrons. cestdire en trois quadruplets de particules dont les termes correspondants sont de masse croissante dune gnration la suivante. appels du terme gnrique nuclons car formant le noyau atomique. les huit autres fermions ne sobservent que dans des conditions particulirement nergtiques qui ne se rencontrent pas dans notre environnement usuel. En revanche. . Un atome nest pas une particule lmentaire car il est constitu dlectrons. et celles qui ont un spin entier et obissent la statistique de BoseEinstein les premires sont appeles fermions et constituent la matire baryonique. Ces deux derniers. Les douze fermions dcrits par le modle standard sont classs en trois gnrations. les secondes sont appeles bosons et constituent les champs de force on parle plutt dinteractions hormis la gravitation. quon na pas encore russi intgrer au modle. Les quarks o . Fermions .. Bosons . Boson de Higgs Audel du modle standard Notes et rfrences . Leptons .. Quarks o ..Leptons Charge lectrique Quarks e / e / e d Quark down e Fermions de e Neutrino re lectroniqu lectron gnration e u Quark up Fermions de me Neutrino gnration muonique Fermions de me Neutrino tauique gnration Muon c Quark charm s Quark strange Tau t Quark top b Quark bottom Interactions Bosons de jauge Z Faible W Boson W lectromagnti que Photon Forte g Gluon Boson Z Particules lmentaires du modle standard Sommaire masquer Le modle standard Particules lmentaires du modle standard o . Les leptons o . Les trois familles de particules lmentaires o . Lantimatire o . Autres bosons Les premires particules Les acclrateurs de particules o . Les bosons de jauge o .. Bosons de jauge . Voir aussi o . linteraction lectrofaible la t avec le groupe de jauge SUU la chromodynamique quantique interaction forte la t avec le groupe SU enfin. ils ont reu pour cela le prix Nobel de physique . Particules lmentaires du modle standardmodifier Fermionsmodifier Les fermions sont dcrits par le modle standard comme ayant un spin demientier et respectant le principe dexclusion de Pauli en accord avec le thorme spinstatistique. Il existe douze fermions dcrits par le modle standard. Bibliographie Le modle standardmodifier Article dtaill Modle standard physique des particules. en . en mme temps que Glashow. le modle standard a t labor avec le groupe de jauge SUSUU. les thories quantiques des champs ont t formalises dans le cadre de thories de jauge laide de groupes de symtrie locale prenant la forme de groupes de Lie complexes soustendant chacun les symtries de jauge modlises. qui rend compte de la masse des particules . Liens externes o . lAmricain Steven Weinberg et le Pakistanais Abdus Salam ont intgr le mcanisme de Higgs thoris en par Peter Higgs au modle labor par Glashow pour lui donner sa forme actuelle. Dun point de vue mathmatique. Puis. . linteraction faible a t dcrite avec le groupe spcial unitaire SU. avec lunification de linteraction lectromagntique et de linteraction faible en une interaction lectrofaible audessus dune nergie dunification de lordre de GeV. afin dy intgrer linteraction forte rendant compte notamment de la libert asymptotique ainsi que du confinement de couleur des quarks en hadrons dont la charge de couleur rsultante est toujours blanche do le qualificatif chromodynamique appliqu cette thorie quantique des champs. Enfin. six ne sont pas soumis linteraction forte et ne connaissent que linteraction faible et linteraction lectromagntique ce sont les leptons. le modle standard a t finalis par lunification de la chromodynamique quantique avec linteraction lectrofaible. prix Nobel de physique . Articles connexes o . Les premiers pas dans llaboration du modle standard des particules lmentaires ont t faits en par le physicien amricain Sheldon Glashow. Ainsi llectrodynamique quantique a permis de dcrire llectromagntisme dans le cadre dune thorie de jauge ablienne avec le groupe unitaire U. Leptonsmodifier Parmi les douze fermions du modle standard. mais de charge lectrique oppose. Charge lectrique e e . six seulement connaissent linteraction forte au mme titre que linteraction faible et linteraction lectromagntique ce sont les quarks. C Symbole / Masse Particule antipartic keV/c ule lectron e / e Symbole / Gnratio Masse Particule antipartic n keV/c ule re Neutrino lectroniq ue Neutrino muonique Neutrino tauique e / e lt . de mme masse. tandis que linteraction faible agit sur tous les leptons. droite pour les antineutrinos un antineutrino pour chaque saveur de neutrino le positon pour llectron lantimuon pour le muon lantitau pour le tau Quarksmodifier Synthse additive des couleurs primaires. Parmi les douze fermions du modle standard. mme spin. me me / / lt lt Muon Tau / / Chaque lepton a son antilepton. y compris lectriquement neutres. disospin faible oppos ou encore dhlicit inverse gauche pour les neutrinos. .Linteraction lectromagntique ne concerne que les particules portant une charge lectrique. Bosons de jaugemodifier Douze bosons de jauge sont vecteurs des trois interactions du modle standard . contrairement aux fermions. qui est un fermion composite cest linteraction forte. il doit ncessairement entrer en interaction avec ou bien un antiquark porteur de son anticouleur ce qui donne un mson. bleu en rfrence aux couleurs primaires et trois anticouleurs appeles conventionnellement antirouge. Charge lectriqu e / e / e Symbole Symbole Gnrati / Masse / Particule Particule on antiparti keV/c antiparti cule cule re Quark up Quark charm Quark top u / u Quark down d / d Masse keV/c me c / c Quark strange Quark bottom s / s me t / t b / b Bosonsmodifier Les bosons sont dcrits par le modle standard comme ayant un spin entier et tant rgis par la statistique de BoseEinstein plusieurs bosons peuvent occuper le mme tat quantique. qui est un boson composite. magenta et jaune. cause duquel il est impossible dobserver une particule lmentaire ou compose dont la charge de couleur rsultante nest pas blanche . Il existe en effet trois couleurs appeles conventionnellement rouge.Linteraction forte est responsable du confinement des quarks. vert. rappelant la synthse additive des couleurs primaires rouge vert bleu blanc rouge antirouge blanc vert antivert blanc bleu antibleu blanc Pour cette raison. Tout quark tant porteur dune de ces trois charges de couleur il nexiste pas de quark blanc . ou bien deux autres quarks porteurs des deux autres charges de couleur dont la rsultante trois sera blanche ce qui donne un baryon. les anticouleurs antirouge. antivert et antibleu sont gnralement reprsentes respectivement en cyan. antivert et antibleu qui obissent aux rgles suivantes. Le tableau cidessous rsume leurs proprits Charge Symb Spi Boson lectriqu ole n e e Boson Z Boson W Photon Z W W Charge de couleur Masse keV/c Faible SU Symt rie de jauge Interaction rg gr / rb br / gb bg / i gr rg / lectromagnti que U Gluon g i br rb / i gb bg / rr bb / rr bb gg / Forte SU Chacun de ces bosons est son antiparticule. hormis les bosons W et W qui sont antiparticules lun de lautre. qui demeurait inobserv en juin bien quil fasse partie du modle standard . vecteurs de linteraction faible huit gluons. le boson de Higgs est . vecteurs de linteraction forte. vecteur de linteraction lectromagntique un boson Z et deux bosons W. un photon. Autres bosonsmodifier ces bosons de jauge du modle standard sajoutent le boson de Higgs. m. et qui na galement jamais t observ .responsable de la masse des particules dans ce modle. Le XXme dcouvrit que ces quotatomesquot taient euxmmes composs de plus petites particules lectrons. introduit par les thories de gravit quantique. qui signifie indivisible . assembls toujours plusieurs et de faons diffrentes. les scientifiques pensaient que les lectrons. pour faire rfrence de tels constituants. ont introduit le mot atome .a. Les charges du proton et de llectron sont exactement opposes. vaut . On crut dceler au XIXme sicle des lments indissociables de la matire que lon nomma donc atomes. Les Grecs de lantiquit.a / u. vecteur de la gravitation. La valeur de lunit de masse atomique u. Proton et lectron. si bien quune mole de nuclons pse un gramme. le graviton. e. Proprits principales des premires particules identifies Particul e Neutro n Proton lectro n Masse u. On les dsigna comme des . C. Il fut dcouvert que ces particules ellesmmes pouvaient tre vues comme assemblages dobjets plus petits.a u. Il fut dcid cependant de ne pas changer la terminologie existante et le paradoxe quotbriser un atomequot devint courant. La charge lmentaire. les protons et les neutrons taient les plus petits objets en quoi la matire pouvait tre divise. protons et neutrons. mais serait un boson de jauge. le graviton ne fait donc pas partie du modle standard.m.m. dont Dmocrite. est gale a gramme divis par le nombre dAvogadro. Charge lectrique neutre e e Lide voulant que la matire soit compose de constituants fondamentaux est trs vieille.m. Les premires particulesmodifier Articles dtaills Neutron. le neutron est exactement neutre lectriquement. Dans les annes . On remarque que les protons et les neutrons ont des masses quasiidentiques. qui tentent dintgrer la gravitation au modle standard.a. Les acclrateurs de particulesmodifier Article dtaill Acclrateur de particules. les quarks. mais nest vecteur daucune interaction ce nest donc pas un boson de jauge. il fallut quelques dcennies pour raliser quil y avait encore un autre niveau de structure lintrieur des protons et des neutrons. aucune sousstructure na t dcouverte aux quarks et aux lectrons. elles sannihilent compltement et se transforment en nergie. les nouveaux atomes selon le terme originel. La charge lectrique est oppose. Dailleurs. les physiciens construisirent des acclrateurs de particules. Lobservation de plusieurs centaines de particules diffrentes. La description des composants de base de la nature et de leurs interactions se trouve rsume dans une thorie physique appele le modle standard des particules. Ces particules composites sont presque toujours reprsentes sous une forme parfaitement sphrique mais cette dernire reprsente seulement la rgion de lespace audel de laquelle la nature composite de ces particules devient visible. Dans un acclrateur. cest le cas du photon. La masse est en revanche identique. cest ce qui dfinit lantiparticule. Les protons et les neutrons sont construits partir de trois quarks chacun. plus rcemment en quantits importantes atomes dans les laboratoires du CERN. chaque particule correspond une antiparticule cest la symtrie CPT. Les collisions entre particules et antiparticules produisent donc beaucoup dnergie et sont couramment utilises dans des expriences au sein des acclrateurs. Mais lhistoire ne sarrte pas ces quarks et aux lectrons. Lorsquune particule de matire et son antiparticule se rencontrent. Lantimatiremodifier Article dtaill Antimatire. Une particule de charge nulle peut dailleurs tre sa propre antiparticule . Lnergie de ces collisions produit toutes sortes de particules qui sont ensuite dtectes. avec des changements de signe. il est possible de crer des antiatomes. proton et neutron nont pas de forme proprement parler. composites et souvent instables. En combinant des antiprotons. les physiciens se sont dj appliqus construire des atomes dantihydrogne. Pour tudier linteraction des neutrons et des protons dans le noyau de latome. Dans le modle standard. des particules sont acclres par des champs lectriques dans le but de les faire entrer en collision. particules lmentaires pensant quils taient indivisibles . Ceuxci taient composs de sousparticules quon baptisa quarks. . laide des acclrateurs. Ce sont donc les nouvelles particules lmentaires. Jusqu maintenant. des antineutrons et des antilectrons. a permis aux physiciens de dduire lexistence dun certain nombre dautres particules lmentaires. On appelle antimatire lensemble des antiparticules des particules composant la matire ordinaire. Une particule est semblable son antiparticule. par ordre de masses croissantes up. On ne sait pas en si des liens fondamentaux relient les saveurs de leptons et celles de quarks. Il sagissait dun positron antilectron produit par la rencontre entre un rayon cosmique et un noyau atomique de latmosphre. Cette proprit fait que les particules observes ltat libre ont toutes une charge lectrique entire ou nulle. il est form de deux quarks down et dun quark up. Ils furent joliment baptiss. comme les neutrons n ou les protons p. Elles se rpartissent en deux classes les baryons. dont trois ont une charge lectrique ngative et trois sont neutres. La premire particule dantimatire fut dcouverte en . ou saveurs de leptons. Les leptonsmodifier Article dtaill Lepton. charm. elle rencontre rapidement la matire ordinaire et sannihile alors. Nous savons maintenant quil y a six sortes ou saveurs de quarks. un lepton peut se retrouver seul. pour chacun de ces quarks. et quils accdrent au rang de particules. les msons. En . Ils se tiennent en paquets de deux ou trois pour former des particules appeles hadrons. Les quarksmodifier Article dtaill Quark. Les quarks sont des particules sociables on nen trouve jamais un qui soit seul. Ce nest quau dbut des annes que la ralit physique de ces quarks fut prouve. Il y a aussi six sortes. Murray GellMann et George Zweig dcouvrirent indpendamment que des centaines de particules pouvaient tre expliques par des combinaisons de seulement trois lments. Quant au neutron. forms dun quark et dun antiquark. strange. bottom et top. forms de trois quarks. Par exemple. Le lepton le plus connu est llectron e. la diffrence des quarks. Mais. Les deux autres leptons chargs sont le muon et le tau . il y a un antiquark correspondant. Ce mot fut invent par James Joyce dans son roman Finnegans Wake ce roman regorge de mots imaginaires et viole volontairement les rgles linguistiques. Cette charge est de / pour les quarks up. down. Les particules formes de quarks et dantiquarks sont appeles hadrons. Les autres particules lmentaires formant la matire sont les leptons. GellMann choisit le nom quarks pour dsigner ces lments.Lantimatire a une dure de vie trs courte dans notre environnement moins quelle ne soit isole par des champs magntiques. Les trois leptons sans charge . strange et bottom. Les quarks ont ltrange proprit davoir une charge lectrique fractionnaire. charm et top et de / pour les quarks down. Ils sont beaucoup plus massifs que llectron. le proton est un hadron compos de deux quarks up et dun quark down. De plus. lexception de leur masse. le tauon et le forment la troisime famille. La surprise fit place une recherche plus approfondie qui allait mener la dcouverte des autres leptons. Absolument tout ce qui existe rsulte de lagencement de ces particules ou de leurs antiparticules. pour pouvoir dtecter quelques neutrinos par jour. On appelle aussi les bosons de jauge des particules de rayonnement . Ces masses sont de plus en plus leves de la premire la troisime famille. Chaque boson de jauge est associ une force le photon transmet la force lectromagntique. les gluons transmettent la force nuclaire forte. Les bosons de jaugemodifier Article dtaill Boson de jauge. Chaque famille contient deux quarks. lautre classe de particules lmentaires. Il faut construire des observatoires souterrains. accueillit la nouvelle en demandant Mais qui a command ce trucl . loin de toute perturbation. on trouve les quarks charm et strange ainsi que le muon et le . Il y a une saveur de neutrino associe chacun des leptons chargs un neutrino lectronique e. le Soleil met une norme quantit de neutrinos. le muon fut observ en dans les ractions entre latmosphre et les rayons cosmiques. Les neutrinos ont t trs difficiles voir car ils ninteragissent presque pas avec la matire. les proprits des particules sont semblables. Dune famille lautre. Comment tiennentelles ensemble La rponse rsulte dans linteraction des quatre forces physiques la gravit. Les quarks top et bottom. mais ce nest quen quil fut dcouvert. Pourtant. En plus. on prdit lexistence du graviton qui na pas encore t observ. la force nuclaire forte. gluons et bosons faibles. un physicien des particules. . Entre temps. Dans la deuxime famille.lectrique sont les neutrinos . les bosons faibles transmettent la force nuclaire faible. Il y a bosons de jauge dans le modle standard le photon. la force nuclaire faible et la force lectromagntique. un lepton charg et son neutrino. Ces forces agissent sur les fermions lmentaires par lchange de bosons de jauge. llectron et le e. Des milliards de neutrinos solaires traversent votre corps chaque seconde Les trois familles de particules lmentairesmodifier Toutes les particules lmentaires que nous avons vues jusqu maintenant sont appeles fermions. Les chercheurs ont ralis que les fermions lmentaires pouvaient tre classs en trois familles. La premire famille contient les particules les plus stables et les plus courantes les quarks up et down. ce point quIsidor Isaac Rabi. un neutrino muonique et un neutrino tauonique . Rien ne laissait prsager son existence. le rle du graviton est de transmettre la force gravitationnelle. Lexistence du neutrino lectronique fut prdite par Wolfgang Pauli en . Audel du modle standardmodifier Le modle standard est une bonne thorie. Par exemple Pourquoi y atil exactement fermions et forces Comment la gravitation peutelle tre incluse dans le modle Les quarks et les leptons sontils rellement fondamentaux ou ontils une sousstructure audel des mtres Quelles sont les particules qui forment la matire sombre dans lUnivers Pour rpondre ces questions. la dtection du boson de Higgs est le dfi actuel de la physique des particules. la thorie M. Peter Higgs proposa. le physicien Leon Lederman la surnomm the God particule la particule de Dieu . Une thorie. Boson de Higgsmodifier Article dtaill Boson de Higgs. Aussi. devrait apporter une rponse dfinitive sur lexistence du boson de Higgs. la thorie du modle standard considrait que toutes les particules lmentaires avaient une masse nulle. Dailleurs.Le graviton ne fait pas partie du modle standard. est considre comme valide tant quelle na pas t rfute. daprs le philosophe Karl Popper. Cette corde existerait en re thorie . plusieurs thoriciens rvent dune nouvelle et ultime thorie pouvant unifier tous les phnomnes physiques. vers la fin des annes . en fonction depuis le septembre . Ctait videmment non conforme la ralit. . cette thorie nexplique pas tout et plusieurs questions restent sans rponse. Pour corriger le modle. Ce mcanisme est maintenant considr comme une partie essentielle du modle standard et lexistence du boson de Higgs est capitale pour les thoriciens. dy ajouter une autre particule un boson confrant les masses toutes les autres particules. lorigine. Lide de base est que les particules acquirent une masse en interagissant avec le champ de Higgs port par ce boson de Higgs. jusqu dimensions dans des thories pr thorie M. Son existence est purement thorique et aucune exprience na encore dmontr sa prsence. rien de moins. les physiciens comptent sur la construction de nouveaux acclrateurs de particules pouvant sonder des nergies de plus en plus grandes physique dite Terascale. les gluons et le graviton seraient de masse nulle. Le modle standard prdit lexistence dune particule trs spciale le boson de Higgs. Le Large Hadron Collider LHC Genve. Cependant. Seuls le photon. Il ny a quun seul problme le boson de Higgs na encore jamais t dtect. Les scientifiques ont pu tablir exprimentalement les masses de plusieurs particules avec de bonnes prcisions. Plusieurs voient la solution dans la thorie des cordes qui stipule que toutes les particules lmentaires sont des modes de vibration dune corde fondamentale. Au dbut du XXIe sicle. Le modle standard rsiste toutes les rfutations exprimentales. Maintes expriences ont valid ses prdictions avec dincroyables prcisions et toutes les particules postules ont t trouves. Le photon est la particule qui compose les ondes lectromagntiques. cest la particule mdiatrice de linteraction lectromagntique. Autrement dit. Aller Navigation. lencyclopdie libre. lorsque deux particules charges lectriquement . En physique des particules o il est souvent symbolis par la lettre gamma. rechercher Photon Photons mis dans le faisceau cohrent dun laser Proprits gnrales Classification Boson Composition Groupe lmentaire Boson de jauge Proprits physiques Masse Charge lectrique Spin Dure de vie lt eV lt e Stable Non applicable Historique Prdiction Dcouverte Albert Einstein. Arthur Compton. des ondes radio aux rayons gamma en passant par la lumire visible.Photon Un article de Wikipdia. . Articles connexes o . Bille de lumire o . ou quanta de rayonnement lectromagntique. Il a ainsi montr que paralllement son comportement ondulatoire interfrences et diffraction . ce qui explique que la nature granulaire de lnergie lumineuse soit ngligeable dans de nombreuses situations physiques. Sommaire masquer Historique o . etc. la thorie quantique des champs et linterprtation probabiliste de la mcanique quantique. cest donc un boson. transition nuclaire .. lnergie et la quantit de mouvement pression de radiation dune onde lectromagntique monochromatique sont gales un nombre entier de fois celles dun photon.interagissent. la propagation du champ lectromagntique prsente simultanment des proprits corpusculaires. annihilation de paires particuleantiparticule. telles que les lasers. Origine du terme photon o . les sources de rayonnement habituelles antennes. Dveloppement de la notion de quanta de lumire o . Prix Nobel en lien avec la notion de photon Proprits physiques Modles o . les condensats de BoseEinstein. laser. Ouvrages de vulgarisation . Ouvrages de rfrence . cette interaction se traduit dun point de vue quantique comme un change de photons. Le photon est une particule de spin gal . Objections lhypothse des quanta de lumire o .. Paquet donde o . soit environ fois moins que lnergie ncessaire pour crer un atome dhydrogne. loptique quantique. En consquence. qui sont changs lors de labsorption ou de lmission de lumire par la matire. Bibliographie . De plus. Le concept de photon a donn lieu des avances importantes en physique exprimentale et thorique. Le concept de photon a t dvelopp par Albert Einstein entre et pour expliquer des observations exprimentales qui ne pouvaient tre comprises dans le cadre dun modle ondulatoire classique de la lumire. et sa masse est nulle dans la mesure des mthodes et connaissances actuelles. lampes. produisent de trs grandes quantits de photons. Lnergie dun photon de lumire visible est de lordre de eV. on ne peut cependant pas totalement affirmer que la masse du photon est nulle.. Il est cependant possible de produire des photons un par un grce aux processus suivants transition lectronique . Les photons sont des paquets dnergie lmentaires.. Dualit ondecorpuscule Notes et rfrences Voir aussi o . La prdiction par Maxwell en du fait que la lumire soit une onde lectromagntique. Le nom moderne photon est driv du mot grec qui signifie lumire. fut adopt immdiatement par la communaut scientifique. la lettre grecque gamma. photon. Lutilisation de ce symbole pour le photon provient probablement des rayons gamma. o . Par exemple. Rutherford et Edward Andrade dmontraient que ces rayons gamma taient une forme de lumire. lnergie du photon. quelle que soit lintensit incidente. dans leffet photolectrique. on considre que la lumire est constitue de particules. et lnergie des lectrons mis dpend de la frquence de londe. et non de son amplitude. certaines ractions chimiques ne sont possibles quen prsence dune onde lumineuse de frquence suffisante en dessous dune frquence seuil. o sa frquence est identifie par f. or de nombreuses expriences indiquent que lnergie transfre de la lumire aux atomes dpend seulement de la frquence et non de lamplitude. Bien que des modles ondulatoires soient proposs par Ren Descartes . o est la constante de Planck et la lettre grec nu est la frquence du photon. la lumire ne peut amorcer la raction. photos. Dans le mme ordre dide. Lewis. mais pas de sa frquence . Liens externes Historiquemodifier Origine du terme photon modifier Les photons ont originellement t appels quanta de lumire das Lichtquant par Albert Einstein. semblent porter un coup de grce aux thories corpusculaires de la lumire. dans la publication dune thorie spculative dans laquelle les photons taient incrables et indestructibles . loccasion.. tant contredite par plusieurs exprimentations. Bien que la thorie de Lewis ne fut jamais accepte. les rsultats obtenus la fin du XIXe et au dbut . qui furent dcouverts et nomms en par Paul Ulrich Villard. Dans la plupart des thories jusquau XVIIIe sicle. Un changement de paradigme a lieu partir de la mise en vidence des phnomnes dinterfrences et de diffraction de la lumire par Thomas Young et Augustin Fresnel au dbut du XIXe sicle. Dveloppement de la notion de quanta de lumire modifier La description de la lumire a suivi au cours de lhistoire un curieux mouvement de balancier entre une vision corpusculaire et une vision ondulatoire. translittr phos.. son nouveau nom. En chimie et en optique. les photons sont habituellement symboliss par . le photon peut tre symbolis par hf. en partie en raison de linfluence dIsaac Newton. les modles particulaires restent dominants. un photon est reprsent par le symbole . et a t choisi en par le chimiste Gilbert N. De manire similaire. suivie de la confirmation exprimentale de Hertz en . La thorie ondulatoire de Maxwell ne rend cependant pas compte de toutes les proprits de la lumire. Sur le concept de fonction donde pour le photon . . Robert Hooke et Christian Huygens . les lectrons ne sont jects dune plaque de mtal quaudessus dune certaine frquence. En . Cette thorie prdit que lnergie dune onde lumineuse dpend seulement de lamplitude de londe. En physique. et en les modles ondulatoires deviennent la rgle la suite de lexprience mene par Lon Foucault sur la vitesse de propagation de la lumire. Dans son article. Planck crit Il ne faut pas trop lui tenir rigueur de ce que. En et en . la relation entre lnergie de llectron mis et la frquence de londe. En . Contrairement une ide rpandue. il ait occasionnellement pu dpasser sa cible.. ce qui lui vaudra paralllement ses expriences sur les gouttes charges le prix Nobel de . Puisque les quations de Maxwell autorisent nimporte quelle valeur de lnergie lectromagntique. aprs laquelle lhypothse des quanta de lumire emporte ladhsion de la majorit des . dans ses spculations. dans laquelle la matire est quantifie mais la lumire est considre comme un champ lectromagntique classique. leffet photolectrique nest donc pas la preuve absolue de lexistence du photon bien que certaines expriences sur leffet photolectrique ne puissent cependant pas tre expliques par une thorie semiclassique. comme par exemple avec son hypothse des quanta de lumire. Ainsi en . Cette prdiction forte sera confirme exprimentalement par Robert Millikan en . puisque ce dernier montre que la diffusion des lectrons par les rayons X sexplique bien en attribuant au photon le moment cintique prdit par Einstein. Cette exprience marque une tape dcisive. la notion de photon reste discute. principalement en raison de labsence dun formalisme permettant de combiner les phnomnes ondulatoires avec les phnomnes corpusculaires nouvellement dcouverts. le regroupement des photolectrons dans un interfromtre Hanbury Brown et Twiss. Limpulsion du photon a t mise en vidence exprimentalement par Arthur Compton. De nombreux effets mettant en vidence la nature quantifie de la lumire peuvent en fait tre galement expliqus par une thorie semiclassique. on peut par exemple citer lexistence dun seuil dans leffet photolectrique. Einstein montre que. Lexprience de Compton donne une existence plus tangible au photon.du XXe sicle sur le rayonnement du corps noir sont reproduits thoriquement par Max Planck en en supposant que la matire interagissant avec une onde lectromagntique de frquence ne peut recevoir ou mettre de lnergie lectromagntique que par paquets de valeur bien dtermine gale h ces paquets tant appels des quanta. les quanta dnergie doivent galement transporter une impulsion p h / . ainsi que la statistique poissonienne des comptes. Einstein fut le premier proposer que la quantification de lnergie soit une proprit de la lumire ellemme. ce qui lui valut le prix Nobel de . Einstein prdit que lnergie des lectrons mis lors de leffet photolectrique dpend linairement de la frquence de londe. la plupart des physiciens pensaient initialement que cette quantification de lnergie change tait due des contraintes encore inconnues sur la matire qui absorbe ou met la lumire. Bien quil ne remette pas en cause la validit de la thorie de Maxwell. si la loi de Planck du rayonnement du corps noir est exacte. ce qui en fait des particules part entire. Objections lhypothse des quanta de lumiremodifier Pendant tout le dbut du XXe sicle cependant. Einstein montre que la loi de Planck et leffet photolectrique pourraient tre expliqus si lnergie de londe lectromagntique tait localise dans des quanta ponctuels qui se dplaaient indpendamment les uns des autres. Parmi les phnomnes ainsi explicables. mme si londe ellemme tait tendue continuement dans lespace. dans une lettre de recommandation en faveur de ladmission dEinstein lacadmie des sciences de Prusse. Bohr. Cependant. mais pas lors des processus lmentaires tels que labsorption et lmission de lumire. Feynman quotfor their fundamental work in quantum electrodynamics.M. with deepploughing consequences for the physics of elementary particlesquot Roy J. Sur le front thorique. Bohr et ses collaborateurs donnent leur modle quotdes funrailles aussi honorables que possiblequot. les expriences confirment de manire de plus en plus directe lexistence du photon et lchec des thories semi classiques. Par exemple. Hnsch Proprits physiquesmodifier Article connexe Relativit restreinte. des expriences de diffusion Compton plus prcises montrent que lnergie et limpulsion sont conserves extraordinairement bien lors des processus lmentaires. La causalit est abandonne.physiciens. Kramers et Slater dveloppent un modle bas sur deux hypothses drastiques Lnergie et limpulsion ne sont conserves quen moyenne. Depuis cette poque. Le photon na pas de charge lectrique.A. Un photon a deux tats de polarisation possibles et est dcrit par trois . les expriences tant compatibles avec une charge lectrique infrieure e et ne se dsintgre pas de faon spontane dans le vide. et notamment grce linvention du laser. and especially for his discovery of the law of the photoelectric effectquot Robert A. et galement que le recul de llectron et la gnration dun nouveau photon lors de la diffusion Compton obissent la causalit moins de ps prs. lmission spontane est simplement une mission induite par un champ lectromagntique quotvirtuelquot.. Cela permet de rconcilier le changement discontinu de lnergie de latome avec les variations continues de lnergie de la lumire. En consquence. dmontrant ainsi de manire directe la quantification du champ lectromagntique. Prix Nobel en lien avec la notion de photonmodifier Prix Nobel attribus en lien avec la notion de photon Max Planck quotin recognition of the services he rendered to the advancement of Physics by his discovery of energy quantaquot Albert Einstein quotfor his services to Theoretical Physics. Millikan quotfor his work on the elementary charge of electricity and on the photoelectric effectquot Arthur H. de sorte que la prdiction dEinstein est considre comme prouve. Glauber quotfor his contribution to the quantum theory of optical coherencequot partag avec John L. Le photon est galement sans masse les expriences sont compatibles avec une masse infrieure eV/c. Dirac parvient donner une thorie complte du rayonnement et des lectrons expliquant la dualit ondecorpuscule. llectrodynamique quantique invente par P. Julian Schwinger et Richard P. Hall et Theodor W. Dans une dernire tentative de sauver la variation continue de lnergie lectromagntique et de la rendre compatible avec les expriences. Compton quotfor his discovery of the effect named after himquot partag avec Charles Thomson Rees Wilson SinItiro Tomonaga. Il est notamment devenu possible de mesurer la prsence dun photon sans labsorber. . on pourrait conclure a priori que le photon prsente bien une masse non nulle. quand un atome ou un noyau saute dun niveau dnergie lev un niveau plus faible. Selon cette ide. Comme le photon a la vitesse c la vitesse de la lumire dans le vide dans tous les rfrentiels. entre un positron et un lectron. il faut utiliser la forme plus gnrale de cette quation . La lumire monochromatique de frquence est constitue de photons dnergie E dpendant uniquement de . qui prend en compte la quantit de mouvement p. ou quand une particule et son antiparticule sannihilent. et de quantit de mouvement ou impulsion p . Le photon a une masse nulle. Les photons sont mis partir de plusieurs processus. qui dterminent sa longueur donde et sa direction de propagation. Un diagramme de Feynman de lchange dun photon virtuel symbolis par la ligne ondule et le gamma. ce qui est bien le cas du photon ou de toute particule sans masse. selon lquation ou est la constante de Planck et la frquence du rayon lectromagntique qui permet de calculer lnergie dun photon. il semble exister un paradoxe concernant cette notion lgard du photon. Des photons sont absorbs par le processus inverse. par exemple lorsquune charge est acclre.paramtres continus les composantes de son vecteur donde. Pourtant. par exemple dans la production dune particule et de son antiparticule ou dans les transitions atomiques et nuclaires vers des niveaux dnergie levs. le photon ultraviolet tant plus nergtique que celui de la lumire visible il aurait ainsi une masse plus grande Mais lquation ne sapplique que dans un rfrentiel o la particule est au repos. Cette quation admet une masse invariable nulle m condition que E et p soient relies par E cp. Ainsi. et selon lquivalence entre lnergie et la masse donne par lquation . et qui est gal . dans le rfrentiel du centre de masse. on peut dire que le photon se dplace toujours la mme vitesse mais quil est absorb et rmis un peu plus tard par les atomes de la matire. Une consquence importante de ces formules est que lannihilation dune particule et de son antiparticule ne peut pas se faire sous la forme dun seul photon. Les formules classiques de lnergie et de la quantit de mouvement des radiations lectromagntiques peuvent tre rexprims en termes dvnements relis aux photons. Le photon possde galement un spin qui est indpendant de sa frquence. avec une quantit de mouvement nette nulle. est le vecteur donde du photon. ce qui autorise a priori trois valeurs pour sa projection . du fait de la masse nulle du photon. une onde de polarisation coexiste avec londe lectromagntique pour donner une onde couple dont la relation de dispersion est diffrente . Par exemple. les particules entrant en collision nont pas de quantit de mouvement. Lnergie des deux photons peut tre dtermine en respectant les lois de conservation. Le processus inverse. mais des polaritons. est le mcanisme dominant par lequel des photons de haute nergie comme les rayons gamma perdent leur nergie en passant travers la matire. la lumire serait compose de grains qui voyageraient m/s Vitesse de la lumire. Dans ce cas.o constante de Dirac ou constante de Planck rduite. En effet. schmatiquement. ltat du photon est dcomposable en une superposition dondes monochromatiques de longueurs donde voisines via une transforme de Fourier. un photon peut se trouver dans un tat dont lnergie nest pas bien dfinie. la cration de paires. la pression des radiations lectromagntiques sur un objet provient du transfert de quantit de mouvement des photons par unit de temps et de surface de cet objet. Lamplitude du spin est et la composante mesure dans la direction de propagation. issus du couplage entre les photons et le champ de polarisation quantifi de la matire. ainsi. et . Comme en lectromagntisme classique. Les polaritons se dplacent moins vite que les photons dans le vide . on obtient des particules qui ne sont pas des photons. La loi de conservation de la quantit de mouvement ncessite donc quau moins deux photons soient crs. doit tre . dans un dilectrique. appele hlicit. comme par exemple dans le cas dun paquet donde. . La valeur est cependant interdite par la thorie quantique des champs. ce qui donne limpression macroscopiquement que la lumire ralentit. Les deux hlicits possibles correspondent aux deux tats possibles de polarisation circulaire du photon horaire et antihoraire. et est sa frquence angulaire. Comme pour les autres particules. Modlesmodifier Bille de lumiremodifier La premire image que lon a du photon est la bille de lumire . damplitude et dirig selon la direction de propagation du photon. alors quun seul photon a toujours une certaine quantit de mouvement. lorsque cette onde est quantifie. une polarisation linaire correspond une superposition de deux tats dhlicit oppose. Lorsquils se dplacent dans la matire. les photons interagissent avec les charges lectriques prsentes dans le milieu pour donner lieu de nouvelles quasiparticules . Or. dans une telle configuration. Cette vision.c/. Si la lumire est compose de plusieurs longueurs donde. il y a une enveloppe damplitude importante encadre par dautres enveloppes nettement moins significatives. ou de peu de grosses billes si la longueur donde est petite du ct du bleu les qualificatifs petit et gros ne sont pas relatifs la taille des billes. alors le flux dnergie se compose de billes de grosseurs diverses. En effet. ne permet pas dexpliquer correctement toutes les proprits de la lumire.Dans ce modle. mais la quantit dnergie quelles comportent. lnergie devrait tre de moins en moins concentre. un flux dnergie lumineuse donn est dcompos en billes dont lnergie dpend de la longueur donde et vaut h. le flux dnergie est compos en beaucoup de petites billes si la longueur donde est grande du ct du rouge. le photon devrait slargir au fur et mesure de sa progression on parle de l talement du paquet donde . simpliste selon les normes actuelles. Ce modle est insuffisant. Dualit ondecorpusculemodifier . un modle du photon on a une onde monochromatique de longueur donde inscrite dans une enveloppe de largeur finie. pour une lumire monochromatique cestdire dont le spectre se rsume une seule longueur donde. comme le ferait un paquet donde. lexprience montre que le photon ne stale pas dans lespace. Ainsi. On peut reprsenter au premier abord les photons par des paquets donde londe lectromagntique nest pas une sinusode dextension infinie. ni ne se divise en traversant un miroir semitransparent. Paquet dondemodifier le paquet donde. a et b A Einstein. a donc deux macroscopique lorsque le flux dnergie est suffisamment important. On peut imaginer que le photon serait une concentration qui ne se formerait quau moment de linteraction. Le vecteur propagation de londe. . et se reformerait au moment dune autre interaction. londe lectromagntique. partial update. A Heuristic Model of the Creation and Transformation of Light . cestdire un objet mathmatique dfini par sa fonction donde qui donne la probabilit de prsence. et en consquence dans son rfrentiel les dures sont nulles . texte intgral archive . Un photon se dplace la vitesse de la lumire. b et c C. modle du diple vibrant. puis stalerait. En dehors de toute interaction. ce sont les champs lectrique et magntique mesurs par un appareil macroscopique par exemple antenne rceptrice. On ne peut parler de photon en tant que particule quau moment de linteraction. c et d A Einstein. a. cestdire la valeur du champ lectrique et du champ magntique en fonction de lendroit et du moment significations et . Particle Data Group. on ne sait pas et on ne peut pas savoir quelle forme a ce rayonnement.Onde lectromagntique oscillation couple du champ lectrique et du champ magntique. On ne peut donc pas parler de localisation ni de trajectoire du photon. Comme pour les autres particules lmentaires. il a une dualit ondeparticule. Notes et rfrencesmodifier . p. vol. p. Review of Particle Physics Gauge and Higgs bosons . ber einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt trans. indique la direction de Le photon est un concept pour expliquer les interactions entre les rayonnements lectromagntiques et la matire. . b. On ne peut en fait voir le photon que comme une particule quantique. vol. . microscopique elle reprsente la probabilit de prsence des photons. Ainsi. cestdire la probabilit quen un endroit donn il y ait une interaction quantifie cestdire dune nergie h dtermine. Attention ne pas confondre cette fonction et londe lectromagntique classique. Une version anglaise est disponible sur Wikisource. de. un lectroscope ou une sonde de Hall . dans Annalen der Physik. . The Development of Our Views on the . a. ber die Entwicklung unserer Anschauungen ber das Wesen und die Konstitution der Strahlung trans. Amsler et al. dans Physics Letters B. Robert Hooke. Christian Huygens. The Wavelength of the Soft Gamma Rays from Radium B . vol. A Compton. . dans Progress in optics. p. de . A Pais. vol. ber Strahlen elektrischer Kraft . . La matire quant elle est constitue de fermions. fr . The Quantum Theory of Radiation . GN Lewis. dans Nature. .Composition and Essence of Radiation . . Voir galement Physikalische Zeitschrift. Opticks. galement dans Zeitschrift fr Physik. vol. de . . vol. en James Clerk Maxwell. . The case for and against semiclassical radiation theory . Millikans Nobel Lecture archive du mai . . P Villard. p. A Einstein. . de . vol. The quantum centennial . dans Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Buchwald. Sur le rayonnement du radium . puisquelles rsultent du processus quantique de la mesure. dans Philosophical Magazine. dans Comptes Rendus. Trait de la lumiere. . Micrographia or some physiological descriptions of minute bodies made by magnifying glasses with observations and inquiries thereupon. . . . The Rise of the Wave Theory of Light Optical Theory and Experiment in the Early Nineteenth Century. vol. Isaac Newton. En . . E Rutherford. pour autant. ber das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum . . Max Plancks Nobel Lecture archive du juin . . . dans Physical Review. p. Ren Descartes. H Hertz. dans Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin. Dover Publications. dans Physikalische Zeitschrift. entre autres. . dans Nature. Strahlungsemission und absorption nach der Quantentheorie . p. vol. . pdftexte intgral Cet article suit une prsentation par Maxwell la Royal Society le dcembre . Wilhelm Wien Nobel Lecture archive du dcembre . . . Queries p. . et les lectrons qui leur sont lis. a et b A Einstein. The conservation of photons . . D . Clauser a montr une violation dune ingalit de CauchySchwarz classique Phys. vol. lire en ligne archive . p. . dans Annalen der Physik. M Planck. Sur la rflexion et la rfraction des rayons cathodiques et des rayons dviables du radium . Une version anglaise est disponible sur Wikisource.. . Propositions XIIXX. p. . Kimble et ses collaborateurs ont dmontr un effet de dgroupement de photons laide dun interfromtre . . Oxford University Press. vol. vol. . b. . . dans Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. . vol. . . . de . vol. Zur Quantentheorie der Strahlung . Part III. p. N Bohr.. . . . Jed Z. p. Subtle is the Lord The Science and the Life of Albert Einstein. comme. p. A Quantum Theory of the Scattering of Xrays by Light Elements archive . a et b Robert A. En . . . . p. dans Philosophical Magazine. p. University of Chicago Press. p. vol. . p. . . . . . a et b L.. p. vol. a. Ces expriences produisent des corrlations qui ne peuvent tre expliques par une thorie classique de la lumire. Anton Zeilinger. les quarks dont sont faits les noyaux atomiques. Book II. de. . dans Mitteilungen der Physikalischen Geselschaft zu Zrich. Discours de la mthode. Mandel. XIII. . P Villard. dans Comptes Rendus. A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field . Rev. . il y a plus datomes dans leau qui coule dun robinet pendant seconde que de photons perus par la rtine au cours de la mme dure lors dun clair de Lune . Rev. Rev. Consult le dcembre . Consult le dcembre . . alors quune approche classique montrerait un groupement des photons Phys. American Journal of Physics Janvier . Pour les services rendus la physique thorique. Fondation Nobel. Lett. Ouvrages de rfrencemodifier . Rdition en poche dans la collection Points Sciences . p. . a et b pdf Particle Physics Booklet archive Voir aussimodifier Articles connexesmodifier lectrodynamique quantique Thorie quantique des champs Optique Phnomne optique Lumire Bibliographiemodifier Ouvrages de vulgarisationmodifier Richard Feynman . .Hanbury Brown et Twiss. Consult le dcembre . . vol. spcialement pour la dcouverte de la loi de leffet photolectrique. . M Brune. Lumire amp matire une trange histoire. lien DOI archive . Lett. Fondation Nobel. Quantum Rabi Oscillation A Direct Test of Field Quantization in a Cavity . . Pour leur travail fondamental sur llectrodynamique quantique. Pour son travail sur les charges lectriques lmentaires et sur leffet photolectrique. dans Astronomy Letters. Pour sa contribution la thorie quantique de la cohrence optique. Fondation Nobel.. vol. The Nobel Prize in Physics archive . dans Nature. Fondation Nobel. vol. Quantum jumps of light recording the birth and death of a photon in a cavity . Lett. Fondation Nobel. . p. The Nobel Prize in Physics archive . . ISBN . S Gleyzes. Consult le dcembre . The Nobel Prize in Physics archive . pp. The Nobel Prize in Physics archive . Consult le dcembre . Pour la dcouverte de leffet portant son nom. Consult le dcembre .. James Ardini amp Anatol Anton . Phys. J. Cette approche a galement t suivie par Grangier et ses collaborateurs en Europhys. ISBN . Voir galement la discussion et les simplifications faites par Thorn et al. dans Phys. Le Seuil . Richard Kidd. The Nobel Prize in Physics archive . avec de profondes consquences sur la physique des particules lmentaires. Constraints on the photon charge from observations of extragalactic sources . Evolution of the modern photon. . The Nobel Prize in Physics archive . . V V Kobychev. . . Am. En reconnaissance des services rendus pour lavancement de la physique dans la dcouverte des quantas dnergie. . InterEditions . p. Fondation Nobel. C s / e .c b .c s MeV. Redirig depuis Quark particule Aller Navigation. C t / e . Claude CohenTannoudji. Photon wave function. rechercher Pour les articles homonymes. Sminaire donn dans le cadre du cours Optique quantique . cole Polytechnique de Montral Avril . MeV. PHS . dtail des ditions. C Charge lectrique d / e . C b / e .c c . GeV. Felix Bussires et Y. Progress in Optics . ArXiv quantph/. Quark Un article de Wikipdia. C c / e . Jacques DupontRoc amp Gilbert Grynberg. Elsevier .c u / e . voir Quark homonymie. Emil Wolf. . C / Spin Dure de vie . lencyclopdie libre. GeV. Editor. Soudagar .c Masse d MeV. Sur le concept de fonction donde pour le photonmodifier Iwo BialynickiBirula . Quarks Proprits gnrales Classification Fermions Composition lmentaire Proprits physiques u . lire en lignepdf. Photons et atomes Introduction llectrodynamique quantique. . . Le problme de la localisation du photon.c t GeV. comme les constituants lmentaires de la matire.Les quarks sont des fermions que la thorie du modle standard dcrit. Articles connexes o . Rfrences Voir aussi o . notion de gluon o . Les gluons Remarques Notes et rfrences o . . notion de hadron Interaction des quarks. Notes o . Parenthse historique Couleur Gnration Particules composites. Sommaire masquer Description Proprits o . qui sest vu dcerner le prix Nobel de physique en . en compagnie de la famille des leptons. Liens externes Descriptionmodifier La thorie des quarks a t formule par le physicien Murray GellMann. Truth Vrit Fraction de charge lectrique lmentaire / / / / / / . laurat du prix Nobel de physique pour avoir dcouvert les quarks.Murray GellMann. appeles saveurs. Le mot quark provient dune phrase du roman Finnegans Wake de James Joyce Three Quarks for Muster Mark Propritsmodifier Ces particules de spin / sont de six sortes. Les quarks possdent une charge lectrique fractionnaire de la charge lmentaire Quar k d u s c b t Nom anglais franais Down Bas Up Haut Strange trange Charm Charme Bottom. Les noms anglais restent plus utiliss. Beauty Beau Top. auxquelles on a donn des noms potiques. car comme la neutralit est la norme pour llectromagntisme. lusage actuel privilgie les noms bottom et top. comme rouge et antirouge ce qui donne un mson. mais il peut changer de couleur en changeant un gluon voir plus bas. vers le bas . Comme linteraction entre atomes et entre molcules est ellemme drive de linteraction lectromagntique entre protons et lectrons. Cest ainsi que lon a choisi de les nommer par rougevertbleu.Parenthse historiquemodifier Originellement. vers le haut et d down. chaque quark correspond une antiparticule. noms qui sont devenus les standards. labsence de preuve exprimentale du quark t mis en vidence seulement en relana le doute quant la validit du modle des quarks. un bleu et un vert ce qui donne un baryon qui en synthse additive des couleurs donnent une lumire blanche . Un quark peut trenote rouge . vert ou bleu . ou de deux quarks de couleurs complmentaires. de mme masse. ont t choisis par analogie avec ceux des quarks u up. appele anticouleurnote un antiquark peut ainsi tre antirouge . cause du phnomne de confinement des quarks. les noms des quarks b bottom. Trs rapidement. La couleur ici est une analogie qui rend compte du fait que lon nobserve jamais de quark seul. antivert ou antibleu . Gnrationmodifier linstar des leptons. nomme antiquark. on ne peut observer que des particules blanches . les quarks du modle standard peuvent tre groups par gnration Gnratio n Particule de charge fractionnaire / Up Particule de charge fractionnaire / re Down gnration . tout en bas et t top. tout en haut . Cette interaction de couleur est de type tripolaire. Malgr lexistence avre du quark t. Couleurmodifier Les quarks possdent galement un autre nombre quantique que lon a nomm charge de couleur. la rsultante neutre blanche est la norme pour les particules constitues par cette interaction. ces quarks ont cependant t renomms en beauty beaut et truth vrit . alors que linteraction lectromagntique est dipolaire et . La charge de couleur est la source de linteraction nuclaire forte linteraction nuclaire entre les nuclons et plus gnralement entre les hadrons est drive de linteraction de couleur . mais de charge lectrique oppose et de charge de couleur complmentaire. cestdire forme par exemple de trois quarks de couleurs diffrentes un rouge. et ladage the quark model has no truth le modle des quarks na pas de vrit/nest pas vrai conduit la rarfaction de lutilisation du couple de termes beauty/truth en faveur des termes bottom/top initialement introduits. Cependant. Lhypothse des quarks a t confirme par ltude des diffusions profondment inlastiques dlectrons sur des nuclons. et les protons sont forms de deux quarks Up et dun quark Down. la somme de leurs charges de couleur est blanche selon les rgles de la synthse additive des couleurs. comme lont suppos GellMan et Nman en par des considrations de symtrie lies des matrices x oprant sur un Cev. forment des particules toutes instables. notion de hadronmodifier Les hadrons particules lourdes sont constitus de quarks. ils sont toujours groups de telle sorte que Un proton est constitu de deux quarks up et dun quark down. Particules composites. Les quarks de deuxime et troisime gnrations sont plus lourds. mais est un lepton . En effet. qui mit en vidence trois centres diffuseurs Feynman en . Il en existe deux sortes principales. de couleurs complmentaires qui sannulent. il est aussi possible de trouver des paires quarksantiquarks. et . distingues par leur nombre de quarks principaux. pour le proton. Mais.e Strange gnration e Bottom gnration Charmed Top La premire gnration de quarks constitue la matire ordinaire les neutrons de charge lectrique nulle sont constitus de deux quarks Down et dun quark Up. Les quarks ont cette caractristique que lon ne les observe jamais seuls. Les quarks ne peuvent exister de manire isole phnomne de confinement et sassemblent ainsi en hadrons. et se dsintgrent en quarks de premire gnration. cestdire compos de quarks des trois couleurs. On rappelle que llectron nest pas compos de quarks. la somme de leurs charges lectriques est un multiple entier de la charge lmentaire en gnral . comme pour le neutron. dits quarks de valence . assemblage de trois quarks des trois couleurs diffrentes les baryons. notion de gluonmodifier Les quarks interagissent par lintermdiaire de linteraction forte. Remarquesmodifier . on peut considrer que les toiles tranges toiles quarks sont des assemblages macroscopiques de quarks U . et en particulier sa masse. qui ont un spin entier et sont donc des bosons . D et S lis par linteraction de couleur. alors que thoriquement les toiles quarks nauraient pas de masse minimale. Dautres assemblages de quarks. Elles auraient t formes dans les premiers instants du Big Bang. qui ont un spin demientier et sont donc des fermions. Le proton est un baryon constitu de deux quarks up et dun seul quark down. Sa charge lectrique est de / . Il nest mme pas clair que la notion de masse dun quark puisse avoir un sens bien dfini. dcrite par la chromodynamique quantique qui a une structure voisine. mais plus compliquenote . Les gluonsmodifier Les mdiateurs de linteraction forte sont nomms gluons. Ces associations de quarks ont t voques pour rendre compte de la matire sombre de lUnivers. Il est donc neutre. tels les pentaquarks. Interaction des quarks. masse solaire. Ces dernires ont une masse thorique minimale de . En plus des quarks de valence. sont en principe possibles et auraient t observs en mais leur existence reste controverse. Le fait que lon ne puisse pas isoler de quark rend la mesure de leur masse extrmement approximative voir les fourchettes derreur sur le tableau. Le neutron est aussi un baryon compos de deux quarks down et dun seul quark up. Les toiles quarks sont la limite entre observation et thorie. les gluons sont galement colors et interagissent donc entre eux. la diffrence de llectrodynamique quantique dans laquelle les photons sont neutres lectriquement./ / soit . assemblage dun quark et dun antiquark les msons. Ils sont au nombre de huit ce qui correspond la dimension du groupe SU utilis pour dcrire mathmatiquement linteraction forte./ . avant de ltre par la gravit comme a lest pour les toiles neutrons. forms de cinq quarks deux paires UpDown et un antiStrange ce qui dsigne en fait quatre quarks et un antiquark. Note lextrme. de celle de llectrodynamique quantique. La charge de couleur pour linteraction forte joue alors un rle analogue celui de la charge lectrique pour linteraction lectromagntique. les hadrons sont composs dune mer de paires quarkantiquark qui participent aux proprits globales du hadron. mais leur conservation aurait t problmatique de par les conditions rgnant alors. Sa charge lectrique est de / / ./ / soit . Quantum field theory Thorie Cet article est une bauche concernant la physique. par dfinition. La thorie quantique des champs QFT fournit un cadre thorique pour la construction des modles de la mcanique quantique des systmes classiquement paramtrs reprsent par un nombre infini de degrs dynamique libre. incluant le Modle Standard des particules lmentaires et leurs interactions. MeV. la phase de transition quantique. rechercher drouler Traduction quantique des champs . car une telle dtection impliquerait sa non existence.c pour le quark U. Dans la thorie des champs quantique perturbatif. mais beaucoup de thories revendiquent lexistence dune particule appele graviton qui compenserait cela.c . et ainsi na pas de sens dans un contexte dtats lis. Aller Navigation. . quand on divise la masse dun nuclon par trois nombre de quarks on trouve bien MeV. la physique des particules lmentaires est lexemple le plus vitale. et pour la description du phnomne critique et les transitions de la phase quantique. et seulement MeV. De plus. Il ny a pas actuellement de thorie quantique complte de la force fondamentale rsiduelle.c pour le quark D et . Ces forces portant les particules sont des particules virtuelles et. En effet.c par quark. Les bosons intermdiaires compensent la force faible et les gluons celle de la force forte. soit la quasitotalit de la masse. est considre par beaucoup comme lissue unique et correcte de combiner les rgles de la mcanique quantique avec la relativit restreinte. la gravit. La force lectromagntique entre deux lectrons est cause par un change de photons. Les thories du champ quantique sont utilises dans plusieurs contextes. Cest la nature et le langage quantitatif des particules physiques et des problmes condenss physique. le phnomne critique. ici le nombre de particules entrantes fluctue et change. les forces entre les particules sont jugules par les autres particules. La plupart des thories dans la physique moderne des particules. La thorie quantique des champs.Masses des quarks les masses indiques des quarks U et D sont uniquement issues de linfluence de lhypothtique champ de Higgs. ne peuvent pas tre dtectes lors de sa manifestation. savoir. diffre du nombre sortant. On prend galement en compte linfluence du champ de gluons qui est responsable de prs de MeV. Vous pouvez partager vos connaissances en lamliorant comment selon les recommandations des projets correspondants. comme dans la thorie de la superconductivit. voit seulement la phase de transition. Thorie quantique des champs Un article de Wikipdia. la notion de quotla particule mdiatrice dune forcequot provient de la thorie de perturbation. sont considres comme les thories du champ quantique relativiste. lencyclopdie libre. les champs et dans un contexte de matire condense les systmes corps multiples. par exemple. Les photons QFT ne sont pas considrs comme des petites boules de billard ils sont considrs comme des champs quantique ncessairement coups en ondulations dans un champ, ou des excitations , qui ressemblent des particules. Le Fermions, comme llectron, peut seulement tre dcrit comme des ondulations/excitations dans un champ, quand chaque sorte de fermion a son propre champ. En rsum, la visualisation classique de tout est particules et champ , dans la thorie quantique des champs, se transforme en tout est particules , puis tout est champs . la fin, les particules sont considres comme des tats excits dun champ champ quantique. Le champ gravitationnel et le champ lectromagntique sont les deux seuls champs fondamentaux dans la Nature qui ont une infinit de gamme et une correspondance la limite classique de lnergie faible, qui diminue fortement et cache les excitations des particules ressemblantes . Albert Einstein, en , attribue la particule ressemblante et les changes discret dun momenta et dune nergie, la caractristique dun champ quantique , au champ lectromagntique. Initialement, sa principale motivation tait dexpliquer les radiations thermodynamique. Bien quil est souvent revendiqu que la photolectrique et les effets de Compton ncessitent une description quantique du champ EM, cela est maintenant reconnue comme faux, et pour preuve il en est que la nature de la radiation quantique est dsormais prise en optique quantique moderne comme leffet de dgroupement. Le mot photon a t invent en par un grand physicien chimiste Gilbert Newton Lewis voir aussi les articles le dgroupement du photon et le laser. La description de la limite nergie faible correcte dun champ thorique quantique dun champ lectromagntique, appel lectrodynamique quantique, est attribu la thorie de James Clerk Maxwell dveloppe en , bien que la limite classique de llectrodynamique quantique na pas t aussi largement explore que la mcanique quantique. Vraisemblablement, l encore inconnue , le traitement quantique des champs thoriques du champ gravitationnel deviendra et ressemblera exactement la thorie de la relativit gnrale dans la limite nergie faible . En effet, la thorie des champs quantique ellemme est probablement la thorie du champ de lnergie faible limite une thorie plus fondamentale telle que la thorie des supercordes. Comparer dans ce contexte larticle de la thorie des champs effectifs. Sommaire masquer Historique Champs quantiques o . Notion de champ quantique o . Localisation Notes et rfrences Bibliographie o . Textes en franais o . Textes en anglais o . Articles connexes Historiquemodifier Article dtaill Histoire de la thorie quantique des champs. La thorie des champs quantique prend ses origines dans les annes provenant du problme de la cration dune thorie mcanique quantique dun champ lectromagntique. En , Werner Heisenberg, Max Born et Pascual Jordan construisent cette thorie en exprimant les degrs internes du champ libre comme une infinit densemble doscillateurs harmoniques et en employant la procdure canonique de quantification de ces oscillateurs. Cette thorie suppose que les courants ou les charges lectriques ne sont pas prsents, aujourdhui on appellerait cette thorie, la thorie du champ libre. La premire thorie assez complte de llectrodynamique quantique, qui inclue la fois le champ lectrodynamique et la matire lectriquement charge spcifiquement, les lectrons comme objets mcanique quantique, a t cre par Paul Dirac en . Cette thorie des champs quantique peut tre utilise pour modliser des processus important tel que lmission de photon par un lectron tombant dans un tat quantique dnergie faible, un processus dans lequel le nombre de particules changes un atome dans un tat initial un atome plus un photon dans un tat final. Il est maintenant connu que la possibilit de dcrire un tel processus est lune des caractristique la plus importante de la thorie des champs quantique. Il tait vident depuis le dbut que le bon traitement quantique du champ lectromagntique devait en quelque sorte intgrer la thorie de la relativit dEinstein, qui avait grandie sur ltude de llectromagntisme classique. Cela doit tre mis ensemble, la relativit et la mcanique quantique tait la seconde motivation majeur dans le dveloppement de la thorie des champs quantique. Pascual Jordan et Wolfgang Pauli montrrent en que les champs quantique pouvaient tre amens se comporter de la faon prdite par la relativit restreinte au cours des transformations coordonnes spcifiquement, ils montrent que les champs commutateurs taient invariant de Lorentz.Un nouvel lan pour la thorie des champs quantique est venu avec la dcouverte de lquation de Dirac, qui tait initialement formule et interprte comme une quation une inconnue analogue lquation de Shrdinger, mais contrairement lquation de Shrdinger, lquation de Dirac satisfait la fois linvariance de Lorentz, les exigences de la relativit restreinte, et les rgles de la mcanique quantique. Lquation de Dirac a intgr la valeur de la rotation dun demi lectron et a reprsent son moment magntique ainsi que de donner des prvisions prcises pour le spectre de lhydrogne. La tentation de linterprtation de lquation de Dirac comme une quation une seule inconnue ne pourrait pas tenir longtemps, cependant, et finalement il a t montr que plusieurs de ses proprits indsirables comme un tat ngatif de lnergie pourrait prendre sens en remodelant et en rinterprtant lquation de Dirac comme un vrai champ dquation, dans ce cas pour le champ Dirac quantifi ou le champ lectron , avec la solution dune nergie ngative montrant lexistence des antiparticules. Ce travail a t effectu par Dirac luimme avec linvention de la thorie des trous en et par Wendell Furry, Robert Oppenheimer, Vladimir Fock, et les autres. Shrdinger, durant la mme priode a dcouvert sa fameuse quation en , aussi il a trouv indpendamment la gnralisation de la relativit de celleci connue comme lquation de KleinGordon mais la rejete depuis, sans rotation, elle prdisais des proprits impossibles pour le spectre de lhydrogne Voir Oskar Klein et Walter Gordon. Toutes les quations donde relativiste qui dcrivent une rotationzro de particules sont dites de type KleinGordon. Les tudes des physiciens Viktor Ambartsumian et de Dmitri Ivanenko sont dune grande importance, en particulier les hypothses d AmbarzumianIvanenko sur la cration massive de particules publies en qui est la pierre dangle de la thorie des champs quantique contemporaine. Lide est que non seulement les quanta du champ lectromagntique, les photons, mais aussi dautres particules incluant les particules ayant une masse non nulle au repos peuvent natre et disparatre rsultant de leurs interactions avec dautres particules. Cette ide de Ambartsumian et Ivanenko a forme la base de la thorie des champs quantique moderne et la thorie des particules lmentaires. Une analyse subtile et attentive en et plus tard en effectue par Niels Bohr et Leon Rosenfeld montre que il y a une limitation fondamentale sur la capacit de mesurer simultanment les intensits de champs lectriques et magntiques qui entrent dans la description des charges en interaction avec le rayonnement, impose par un principe dincertitude, qui doit sappliquer toutes les grandeurs conjugues canoniquement. Cette limitation est cruciale pour le sucs de la formulation et de linterprtation de la thorie des champs quantique des photons et des lectrons lectrodynamique quantique, et mme, toute la thorie des champs quantique perturbatifs. Lanalyse de Bohr et de Rosenfeld explique les fluctuations dans les valeurs du champ lectromagntique qui diffre des valeurs classiquement admises distantes des sources du champ. Leurs analyse tait cruciale pour montrer que les limitations et les implications physique du principe dincertitude sapplique tous les systmes dynamiques, autant quaux champs quaux particules. Leurs analyse a aussi convaincue beaucoup de personnes que toute possibilit dune description fondamentale de la nature base sur la thorie classique des champs, tel quEinstein a vis dans ses nombreuses tentatives et nest pas arriver une thorie du champ unifi classique, tait tout simplement hors de question. La troisime tape dans le dveloppement de la thorie des champs quantique a t la ncessit de manipuler les statistiques des systmes plusieurs particules de faon cohrente et avec facilit. En , Jordan, a essay dtendre la quantification canonique des champs aux fonctions dondes plusieurs corps des particules identiques, une procdure qui est parfois appel quantification secondaire. En , Jordan et Eugene Wigner ont trouv que le champ quantique dcrivant les lectrons, ou les autres fermions, devait tre tendu en utilisant la cration des antinavettes et des oprateurs dannihilation d au principe de lexclusion de Pauli. Cette tape du dveloppement a t incorpore dans la thorie des corps multiples et a influence fortement la physique des matire condense et la physique nuclaire. Malgr les premiers sucs, la thorie des champs quantique a souffert de plusieurs difficults thoriques graves. Les quantits physique de base, tel que lindpendance nergtique de llectron, le changement dnergie des tats des lectrons d la prsence du champ lectromagntique, a donn dinfinie, contributions divergentesun rsultat absurde lorsquil est calcul en utilisant les techniques perturbatives disponibles dans les annes et dans la plupart des annes . Le problme de lindpendance de lnergie de llectron tait dj un problme srieux dans la thorie classique du champ lectromagntique, la tentative dattribuer une taille finie ou tendue llectron le classique rayon de llectron a mene immdiatement la question en quoi les contraintes du non lectromagntisme devait tre invoqu, qui porterait sans doute llectron ensemble pour contrecarrer la rpulsion de Coulomb d sa taille finie. La situation tait dsastreuse, et a rappel certains traits de la difficult de RayleighJeans . Ce qui a fait que la situation des annes soit si dsesprer et sombre, cependant,.... Champs quantiquesmodifier Notion de champ quantiquemodifier Supposons que N . qui ajoutent ou enlvent des particules ltat. cette fonction est simplement Quoique la diffrence soit minime. Les particules lmentaires possdent dj cette dualit dans lacceptation du terme de la mcanique classique. Avec la seconde quantification. Comme tout systme quantique. cre ou dtruit des quanta dnergie. avec une particule dans ltat et deux dans ltat . Enfin. loprateur a a leffet suivant Le facteur normalise la fonction donde.La faon dont la thorie des champs fut introduite par Dirac partir des particules lmentaires est connue pour des raisons historiques sous lappellation de seconde quantification. alors la fonction donde est alors quavec la seconde quantification. en mcanique quantique. . Ces oprateurs sont trs similaires ceux dfinis par un oscillateur harmonique quantique qui. Les champs ne sont pas lis la dualit ondecorpuscule. la deuxime permet dexprimer facilement des oprateurs cration et annihilation. il faut introduire les oprateurs de champ de cration ou dannihilation dune particule en un point de lespace. Ce que lon entend par champ est un concept qui permet la cration ou lannihilation de particules en tout point de lespace. le formalisme lagrangien est plus facile utiliser que son quivalent hamiltonien. un champ quantique a un hamiltonien et obit lquation de Schrdinger En thorie des champs. lindiscernabilit des particules sexprime en termes de nombre doccupation. Par exemple. en physique des particules. Cet hamiltonien est utilis pour dcrire des phonons. Explication Conservation Application la physique nuclaire Perspectives de violation Voir aussi o . o Ek est lnergie cintique. Nombre baryonique Un article de Wikipdia. quil ne faut pas confondre avec une fonction donde. quil interprte comme la dtection dune particule relativement bien localise dans lespace et dans le temps. sont crits comme une somme doprateurs cration et annihilation de champ Cela exprime un champ de bosons libres. . Localisationmodifier Lexprimentateur qui enregistre un clic dans son dtecteur aimerait relier cet vnement. Aller Navigation. Pour certains types de particules . lencyclopdie libre. au champ quantique et ses excitations. Sommaire masquer Prsentation o .De mme que pour une seule particule la fonction donde sexprime avec son moment cintique. de mme les oprateurs de champ peuvent sexprimer laide des transformes de Fourier. Liens internes . Les hamiltoniens. loprateur de position de NewtonWigner apporte des lments de rponse. Vous pouvez partager vos connaissances en lamliorant comment selon les recommandations des projets correspondants. est loprateur de champ dannihilation de boson. Par exemple. rechercher Cet article est une bauche concernant la physique des particules. ce qui conduit au problme de la localisation en physique quantique relativiste. ce qui donnera un baryon de nombre baryonique . cestdire que la charge de couleur dune particule doit tre neutre blanche. Il pourrait ventuellement exister une dernire possibilit consistant en quarks et un antiquark qui formeraient un pentaquark de nombre baryonique . et est le nombre dantiquarks. la seule exception pourrait rsider dans lanomalie chirale. et sont plus familires que les quarks. Explicationmodifier Pourquoi prendre le tiers Dun point de vue pratique. soit en combinant trois quarks chacun dune couleur diffrente. La division par trois se justifie donc par le fait que la somme des quarks moins les antiquarks dun systme est toujours divisible par . Or. daprs les lois de linteraction forte. il ne peut pas y avoir de particules colores nues. Conservationmodifier Le nombre baryonique est conserv dans quasiment toutes les interactions du modle standard. Mais il y a mieux un nombre baryonique nonentier signifie dun assemblage quil ne peut pas exister. En effet. le nombre baryonique sapparente au nombre de masse A qui correspond au nombre de nuclons prsents dans un noyau. cela permet de faire correspondre le nombre baryonique au nombre de nuclons protons et neutrons. Perspectives de violationmodifier . Ceci peut tre obtenu soit en assemblant un quark dune couleur avec un antiquark de lanticouleur oppose. Cette notion de conservation signifie ici que la somme des nombres baryoniques de toutes les particules initiales est la mme que pour lensemble des particules aprs linteraction. tous deux constitus de trois quarks. Application la physique nuclairemodifier Dans le cas de la physique nuclaire. ce qui donne un mson de nombre baryonique nul . ces particules ont t connues bien avant. ou trois antiquarks donnant un antibaryon de nombre baryonique .Prsentationmodifier En physique des particules. Il peut tre dfini comme le tiers de la diffrence entre le nombre de quarks et le nombre dantiquarks dans le systme o est le nombre de quarks. le nombre baryonique est un nombre quantique invariant. Pour le moment. on attribue au proton une demivie suprieure ans. il y a une nonconservation des nombres baryoniques et leptoniques. Nombre leptonique des particules courantes nombre leptonique lectron. tauon. bosons . baryons. cette dsintgration na jamais t observe. Ce qui signifie que cette dsintgration peut parfaitement tre un phnomne possible tout en tant trop rare pour avoir t observe. Il sagit dune quantit qui sinverse lors de passage de la matire lantimatire. Liens internes Prsentationmodifier En physique des particules. antitauon. msons. antineutrinos correspondants particules quarks. antimuon.Dans certaines thories candidates la grande unification. rechercher Sommaire masquer Prsentation Valeur Conservation Perspectives de violation Voir aussi o . muon. Aussi. le nombre leptonique est un nombre quantique invariant tout comme le nombre baryonique attribu aux particules et fait lobjet dune conservation lors dune raction nuclaire. pour un antilepton et pour toute autre particule. Un signe de cette nonconservation serait la dsintgration du proton. neutrinos correspondants positron. Nombre leptonique Un article de Wikipdia. Valeurmodifier Le nombre leptonique vaut pour un lepton. lencyclopdie libre. Aller Navigation. . Ce qui signifie que cette dsintgration peut parfaitement tre un phnomne possible tout en tant trop rare pour avoir t observe. antineutrino lectronique nombre leptonique . Aussi. Par exemple. il y a une nonconservation des nombres baryoniques et leptoniques. on attribue au proton une demivie suprieure ansrf. le muon nombre leptonique se dsintgre en neutrino muonique nombre leptonique . Pour le moment. Soit il y a donc conservation du nombre leptonique. lectron nombre leptonique . ncessaire. Perspectives de violationmodifier Dans certaines thories candidates la grande unification. Un signe de cette nonconservation serait la dsintgration du proton.Conservationmodifier Dans chaque raction nuclaire. il y a conservation du nombre leptonique. cette dsintgration na jamais t observe.