PHY 1223: Relativité Restreinte

UNIVERSITE CATHOLIQUE DE LOUVAIN
Facult´e des Sciences
D´epartement de Physique
PHY 1223: Relativit´e Restreinte
Notes partielles de support au cours
Jan Govaerts
Ann´ee Acad´emique
2007-2008

The development of the general ability for independent thinking and judgement should always
be placed foremost, not the acquisition of special knowledge. If a person masters the fundamentals
of his subject and has learned to think and work independently, he will surely find his way and
besides will better be able to adapt himself to progress and changes than the person whose training
principally consists in the acquiring of detailed knowledge.
Albert Einstein (1879-1955)
Nature uses only the longest threads to weave her patterns, so each small piece of her fabric
reveals the organization of the entire tapestry.
Richard P. Feynman (1918-1988)

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Avant-propos
Ce support de cours est repris, en partie, d’un syllabus ayant ´et´e r´edig´e rapidement pour
le cours FSA 1404 (Physique 4: Partie 2) de la Seconde Candidature FSA 12 (Ing´enieur Civil)
de la Facult´e des Sciences Appliqu´ees `a l’Universit´e catholique de Louvain, n’existant plus depuis
septembre 2001. Ce mˆeme texte a servi ensuite de support pour le cours FSA 1630 de Physique
Moderne du Trimestre T6 de la r´eforme Candis2000 dans cette mˆeme Facult´e, programme ayant
pris fin en septembre 2005.
Sont propos´es ici uniquement les chapitres de ce syllabus dont le contenu recouvre la mati`ere
de ce nouveau cours PHY 1223, en y incluant ´egalement un chapitre descriptif de la physique
des particules ´el´ementaires et des interactions fondamentales, offert `a la curiosit´e naturelle des
´etudiants de physique, car en effet nombreux sont les ´etudiants et d’autres personnes m’ayant
signal´e leur int´erˆet dans ce chapitre en dehors de toute n´ecessit´e d’´etude ou d’examen. Ce
document est donc un support ´ecrit en compl´ement au cours en soit, pour lequel d’autres ouvrages
sont encore recommand´es. Il s’agit donc d’un outil d’´etude comme d’autres dans lequel nous
viendrons puiser des ´el´ements pour le cours oral n’apparaissant pas dans ces autres ouvrages.
Mais il ne s’agit pas d’un texte comprenant l’enti`eret´e de l’enseignement oral de ce cours. Certains
des chapitres de la mati`ere enseign´ee sont `a trouver dans les ouvrages de r´ef´erence indiqu´es par
ailleurs.
Puisque la liste est disponible, voici en outre quelques ouvrages de vulgarisation scientifique
concernant certains des sujets trait´es ou mentionn´es dans ces notes, avec souvent ´egalement une
certaine perspective historique des d´eveloppements conceptuels,
•M. Cribier, M. Spiro et D. Vignaud, La lumi`ere des neutrinos (Seuil, Paris, 1995).
•J. E. Dodd, The Ideas of Particle Physics, Second Edition (Cambridge University Press,
Cambridge, 1991).
•R. Feynman, La Nature de la Physique (Seuil, Paris, 1980).
•R. P. Feynman, QED: The Strange Theory of Light and Matter (Princeton University Press,
Princeton, 1985).
•B. Greene, The Elegant Universe (Jonathan Cape, London, 1999)
•H. Pagels, The Cosmic Onion (Penguin Books, London, 1984).
•E. Segr`e, From X-Rays to Quarks (W. H. Freeman, San Francisco, 1980).
•Christine Sutton, Spaceship Neutrino (Cambridge University Press, Cambridge, 1992).
•S. Weinberg, The First Three Minutes (Bantam Books, New York, 1979).
•S. Weinberg, The Discovery of Subatomic Particles (W. H. Freeman, New York, 1983).
•S. Weinberg, Dreams of a Final Theory: the Search for the Fundamental Laws of Nature
(Vintage, London, 1993).
Jan Govaerts
Louvain-la-Neuve, Septembre 2007
When you read all this stuff, don’t just try to learn it. Think of it this way: What
one fool can do, another can do better.
Richard P. Feynman (1918-1988)

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Constantes fondamentales
c= 299 792 458 m/s
h= 6,626 068 76(52) ·10−34 J·s
¯h=h
2π= 1,054 571 596(82) ·10−34 J·s = 6,582 118 89(26) ·10−22 MeV ·s
e= 1,602 176 462(63) ·10−19 C
¯hc = 197,326 960 2(77) MeV ·fm
(¯hc)2= 0,389 379 292(30) GeV2·mbarn
me= 0,510 998 902(21) MeV/c2= 9,109 381 88(72) ·10−31 kg
mp= 938,271 998(38) MeV/c2= 1,672 621 58(13) ·10−27 kg
mn= 939,565 33(4) MeV/c2= 1,674 927 16(14) ·10−27 kg
md= 1 875,612 762(75) MeV/c2
1 uma = 931,494 013(37) MeV/c2= 1,660 538 73(13) ·10−27 kg
ǫ0=1
µ0c2= 8,854 187 817 ... ·10−12 F/m
µ0= 4π·10−7N/A2= 12,566 370 614 . . . ·10−7N/A2
α=e2
4πǫ0¯hc =1 137,035 999 76(50) = 7,297 352 533(27) ·10−3
GN= 6,673(10) ·10−11 J·m/kg2
Nombre d’Avogadro
NA= 6,022 141 99(47) ·1023 mol−1
Constante de Boltzmann
k= 1,380 650 3(24) ·10−23 J/K