La Physique des Particules - Groupe de Physique des Particules

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La Physique des Particules
David London
Universit´e de Montr´eal
PHY1111
PDF: http://www.lps.umontreal.ca/∼london/london.html
David London (UdeM)Physique des Particules PHY1111 1 / 15

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Forces Fondamentales
1. La gravit´e:
F=Gm1m2
r2,
o`u G= 6.67 ×10−11 N (m/kg)2. Sa port´ee est infinie. Porteur: le
graviton (hypoth´etique), de masse nulle.
2. L’´electromagn´etisme:
F=kQ1Q2
r2.
Due `a l’´echange de photons. mγ= 0 =⇒port´ee infinie. Le photon couple
`a la charge ´electrique =⇒une particule charg´ee ressent la force
´electromagn´etique; les particules neutres (e.g., neutrons) ne la ressentent
pas.
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3. La force forte (ou nucl´eaire): tient ensemble les noyaux, responsable de
la bombe atomique /. Due `a l’´echange de gluons. Les gluons couplent `a
la couleur =⇒une particule que tient la couleur ressent la force forte.
mg= 0, mais la port´ee de la force forte est finie (microscopique). Dˆu au
fait que
F∼C1C2r
=⇒on ne peut pas s´eparer des particules li´ees par la force forte
(confinement). Tout ce qu’on observe est neutre en couleur.
4. La force faible: responsable de la radioactivit´e, certaines d´esint´egrations
(e.g., la d´esint´egration β:n→pe−¯νe). Due `a l’´echange des bosons W±
et Z0, qui sont tr`es massifs: MW≃80 GeV, MZ≃91 GeV =⇒port´ee
finie (microscopique). Les bosons W±et Z0couplent `a l’isospin faible =⇒
seules les particules que tiennent l’isospin faible ressentent la force faible.
Remarque: en physique des particules, on utilise la convention c= 1. Avec
ceci, les masses sont donn´ees en unit´es d’´energie et non ´energie/c2.
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La puissance des forces varie avec l’´echelle d’´energie `a laquelle les
exp´eriences sont faites. ` A basse ´energie [<
∼1 GeV (mproton)], on a
αs:αem :αW:αgrav = 1 : 1
137 : 10−3-10−2: 10−39 .
=⇒la gravit´e est compl`etement n´egligeable. (Je n’en parlerai plus.)
Remarque: lorsque l’´energie augmente, la puissance de la force
´electromagn´etique augmente aussi. E.g., `a l’´echelle de 100 GeV [∼MZ],
on a αem = 1/128. Par contre, la puissance des forces faible et forte
diminue. E.g., `a haute ´energie, on peut avoir des quarks libres (la libert´e
asymptotique).
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Particules
∃2 types de particules de mati`ere: (i) leptons (sans couleur), (ii) quarks
(avec couleur) =⇒les quarks ressentent la force forte, mais pas les
leptons.
Leptons: (i) Qem =−1: e−,µ−,τ−, (ii) Qem = 0: νe,νµ,ντ. Leptons
charg´es:
me= 0.511 MeV ,mµ= 106 MeV ,mτ= 1.78 GeV .
Les masses des neutrinos sont tr`es petites: mνi<1 eV.
Quarks: Qem =2
3:u,c,t, (ii) Qem =−1 3:d,s,b. Pas de quarks libres
(confinement), ils forment des hadrons. Deux types: (i) m´esons (q¯q′),
(ii) baryons (qq′q′′). Exemples de baryons: proton = uud (Qem = +1),
neutron = udd (Qem = 0). Exemples de m´esons: π+=u¯ d(Qem = +1),
¯
K0=s¯ d(Qem = 0).
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