Le modèle standard
1/Unifications des interactions
Le modèle standard est le formalisme de description des particules élémentaires et de leurs interactions fondé sur la théorie electrofaible et la chromodynamique quantique.
La théorie electrofaible, théorie unifiant l'electromagnetisme et l'interaction faible, nous donnant la prévision de Z° découverte et la particule de Higgs à découvrir.
La chromatique quantique explique l'interaction forte dite "de couleur"(chromadynamique quantique)
Constituant de base
12 fermions
6 quarks
6 leptons
classé entre trois générations( trois familles)
Toute la matière est constituée à partir de ces particules et de leurs antiparticules associées
Interactions fondamentales
4 interactions fondamentales
-La gravitation
-L'electromagnetisme
-La force nucléaire forte
-La force nucléaire faible
Les quatre interactions sont décrites chacune par un échange de particules médiatrices virtuelles appelé quanta et qui sont des bosons associés.
- le graviton
- le photon
- les Gluons
- Les bosons intermédiaires W+-,Z°
Graphes élémentaires des interactions
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| gravitationnelle |
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| électromagnétique |
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| forte |
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| faible |
Interaction gravitationnelle: interaction attractive qui se manifeste entre les masses. Elle procède de l'échange d'une particule hypothétique de masse nulle, de spin2, appelée graviton.
Interaction électromagnétique: interaction entre les charges électriques . Elle procède de l'échange de photons, particules sans masse et spin 1, 10 puissance 36 fois plus forte que l'interaction gravitationnelle.
Interaction faible: interaction qui conduit à la désintégration des leptons et des quarks, du plus lourd au plus léger , ce processus est provoqué par l'échange de boson vectoriel intermédiaire W+- pour le mode chargé et Z° pour le mode neutre, spin 1, ils ont une masse importante ce qui implique une faible portée de l'interaction.
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| la désintégration du neutron |
Interaction forte, dite aussi nucléaire, responsable de la liaison des nucléons (proton et neutrons) dans le noyau atomique et de la cohésion de ce noyau, elle n'est que la manifestation résiduelle d'une force plus fondamentale agissant sur les quarks présents à l'intérieur des nucléons, l'interaction forte procède à travers l'échange des gluons, quanta de champs sans masse et de spin 1, attractive à 2 puissance de 10 -15 et repulsive à une distance inférieure.
Quanta de champs le Z°,W+- pour l'interaction faible
boson de jauge: le graviton pour l'interaction gravitationnelle
boson de jauge de l'interaction électromagnétique: le photon
boson de jauge de l'interaction forte: le gluon
Le gluon: quantum de champ, quanta sans masse au repos qui reste confiné du fait de sa forte interaction et ne peut être observé comme les quark d'une manière libre mais par l'intermédiaire de jet hadronique.
Quarks et antiquarks restent confinés dans la matière hadronique.
Confinement des Quarks
C'est la propriété des quarks (et des gluons) de ne jamais apparaître isolés. Elle est une conséquence indirecte de la chromodynamique quantique et résulte de l'interaction entre quarks qui procède par échanges de gluons.
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| a;ligne de champ d'un dipole électrique b;configuration du champ de gluon entre quark q et antiquark c:formation d'une paire qq méson par coupure du tube de flux |
Fermions et besons : classement qui dépend du spin
Fermions: spin demi entier, exemple l'électron
Bosons: spin entier qui ne subit pas le principe de Pauli
donc les bosons peuvent exister en nombre arbitrairement élevé comme les photons de même énergie et de phase identique d'où la possibilité du laser.
Leptons, Quark et Bosons vecteurs
Les leptons sont des particules de spin demi entier, ceux sont aussi des fermions.
Il existe 6 leptons et 6 leptons antiparticules.
Les leptons sont des classes de particules élémentaires affectées par l'interaction electrofaible et insensibles à l'interaction forte.
quark
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| propriétés des quarks |
Hadron: toute particule sujette à l'interaction forte, qui possède une structure interne, il est formé de 3 quarks, les hadrons possèdent une extension spectrale.
Les mesons et les baryons sont des hadrons.
Un meson est composé d'un antiquark et d'un quark, son spin est entier, ceux sont des besons
méson spin 1
méson spin 0
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| mésons de spin 0 |
Les baryons sont des demi-entier de spin, ceux sont des fermions donc sujets à l'interaction forte
Baryons spin 1/2
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| propriété des baryons de spin1/2 |
baryon spin 3/2
La plupart de ces particules ont été découvertes dans les accélérateurs sauf le plus massique qui détermine la masse d'une particule , le boson de Higgs que l'on cherche actuellement dans le LHC.
Donc, le modèle standard décrit les trois interactions non gravitationelle sous un formalisme commun, sans réaliser leur unification mais l'espoir de la grande unification fondées sur des symétries donnant des prédictions qui n'ont pas encore était vérifiées
La relativité générale est la description de la gravite la plus précise dont nous disposons, elle identifie le champ de gravitation et la géométrie de l'espace-temps, des tentative de quantifié la gravité qui serait portée par une particule nommée gravitons on été entreprise mais sans succès actuellement
Dans les cadres de notre physique qui décrit les interactions fondamentales sont appelées théories des jauges, celle ci se fonde sur une géométrie précise celui des espaces fibrés et des connexions.Une connexion est ce qui décrit une interaction en théorie des champs, la relativité générale décrit aussi une connexion pour l'espace temps , ce même outil mathématique est peut être une piste de l'unificaion
Une approche discrète de l'espace temps comme les triangulations Dynamique causales montre pour les derniers travaux de la prise en compte de la matière et des autres interactions fondamentales pouvait se faire d'une manière harmonieuse
quantique canonique de la relativité générale (c'est à dire de la manière des théories des champs ordinaires conduisant une géométrie quantique vue comme une combinaisons de boucles( baptisées réseaux de Spin , le champ gravitationnel quantique en constitue une excitation implique une structure discrète de l'espace temps
Ou regarder la géométrie d'une façon algébrique en prenant leurs produits quantiques des fonctions d'une façon non commutative ce qui caractérise des points d'une façon discrète et ces grâce à cette géométrie que l'on comprend la recombinaison pour les infinies en théorie des champs
Une théorie nouvelle : la théorie des cordes
La théorie des cordes est assise sur la possibilité de l'univers à trouver des dimensions supplémentaires. En effet, en regardant des câbles électrique d'une chambre située en face d'eux, on voit un fil d'une dimension où on peut aller vers l'avant vers l'arrière, mais voila lorsqu'on approche de ce fil on aperçoit une dimension supplémentaire qui est composée d'un cercle: le contour du câble. Comme toutes les constantes physiques (au nombre de vingt ) peuvent être expliquées par des cordes de différentes dimensions qui ont un certain pincement et qui définit la valeur de cette constante, la théorie des cordes est plausible . Toutes les particules que l'on vient de voir et leurs propriétés peuvent être expliquées par des cordes de différentes dimensions qui vibrent comme les cordes d'un violon.
Et si on prend en compte la supersymetrie en transformant les masses et les spins des particule standards et permet d'atteindre l'unification des forces après les avoir transformées en supercordes se qui sonnerait le glas de la formation en poupées russe imbriquées de l'univers.
Il faut remarquer que si une des vingt constantes de l'univers est transformée par une valeur différente, on n'obtient plus le même univers, d'où peut être d'autres univers existent-t-il ? et notre univers cohabite avec d'autres univers.