Les constituants du Modèle Standard des particules
élémentaires et des interactions
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tableau pour obtenir des détails.
Le modèle standard résume les connaissances actuelles sur la physique des
particules. C'est une théorie quantique qui comprend la théorie de
l'interaction forte (chromodynamique quantique ou QCD) et la théorie
unifiée des interactions faible et électromagnétique (interaction électrofaible).
La gravité est incluse dans ce tableau parce que c'est une des interactions
fondamentales, bien qu'elle ne fasse pas partie du "modèle standard".
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Le texte de la figure est le suivant : si les protons et les neutrons de
cette image faisaient 10 cm de diamètre, alors les quarks et les électrons
mesureraient moins de 0,1 mm, et l'atome ferait plus de 10 km de diamètre.
Le spin est le moment angulaire intrinsèque des particules.
Le spin s'exprime en unités de h-barre, qui est l'unité du moment
angulaire, avec h-barre= h/2pi = 6.58*10-25 GeV.s. =
1.05*10-34 J.s.
Les charges électriques s'expriment en unité de charge du
proton. En unités du Système International (SI), la charge électrique du proton est
1.60 * 10-19 Coulomb.
L'unité d'énergie en physique des particules est
l'électron-Volt (eV),
qui est l'énergie acquise par un électron soumis à une différence de
potentiel de un Volt.
Les masses s'expriment en GeV/c2
(souvenez-vous E = mc2),
avec 1 GeV = 109 eV = 1.60 * 10-10 Joule.
La masse du proton est 0.938
GeV/c2 = 1.67*10-27 kg.
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Charge de couleur
Chaque quark porte un des trois types de "charge forte", également appelée
"charge de couleur". Ces charges n'ont rien à voir avec les couleurs de
la lumière visible. Il existe huit charges de couleur possibles,
échangées par les gluons, qui sont eux-mêmes colorés. Les particules qui portent
une charge électrique interagissent en échangeant des photons par interaction
électromagnétique. De même, par interaction forte, les particules
"chargées de couleur" interagissent en échangeant des gluons. Les leptons,
les photons et les bosons W et Z ne sont pas sensibles à
l'interaction forte, car ils ne portent pas de charge de couleur.
Des quarks confinés dans les hadrons
Il n'est pas possible d'isoler les quarks et les gluons car ils sont
confinés à l'intérieur de particules de couleur neutre appelées
hadrons.
Ce confinement (liaison) résulte de l'échange multiple de gluons entre les
particules chargées de couleur. Lorsque ces particules s'éloignent les unes
des autres, l'énergie du champ de force de
couleur entre elles augmente. Cette énergie peut alors être convertie en
paires additionnelles quark-antiquark (voir
figure ci-dessous).
Les quarks et antiquarks produits se combinent alors pour former des
hadrons ;
ce sont ces particules que l'on voit apparaître. On observe deux types de hadrons
dans la nature : les mésons (constitués d'une paire quark-antiquark)
et les baryons (constitués de trois quarks).
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Interaction résiduelle forte
Les protons et neutrons restent liés entre
eux à l'intérieur du
noyau grâce à l'interaction résiduelle forte entre leurs constituants
chargés de couleur. Cette interaction est de même nature que l'interaction
résiduelle électrique qui lie les atomes entre eux au sein des
molécules. On peut aussi
la considérer comme due à l'échange de mésons
(les pions) entre hadrons.
Propriétés des interactions
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Matière et antimatière
A chaque type de particule de matière correspond une particule
d'antimatière appelée antiparticule, et notée avec une barre au-dessus du
symbole de la particule ( sauf pour les antileptons chargés, qui sont notés
avec un + associés à leur charge électrique).
Une particule et son antiparticule ont mêmes masse et spin, mais des
charges opposées. Certains bosons électriquement neutres, comme
le Z0,
le gamma, ou le boson eta_c, constitué d'un quark c et d'un antiquark
c, sont leur propre antiparticule, ce qui n'est pas le cas du boson K0,
constitué d'un quark d et d'un antiquark s.
Figures
Ces figures présentent une vue artistique de processus physiques.
Elles ne sont pas exactes et n'ont pas d'échelle significative.
Les régions vertes représentent le nuage de gluons ou le champ de gluons,
les lignes rouges représentent les trajectoires des quarks.
Tableaux
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Le texte de la figure est le suivant :
un neutron se transforme en un proton, en émettant un électron et un
antineutrino, par l'intermédiaire d'un boson W virtuel (médiateur). C'est
la désintégration bêta du neutron.
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Le texte de la figure est le suivant :
un électron et un positron (antiélectron)
entrent en collision à haute énergie et leur annihilation peut parfois
produire des mésons B0 et leurs antiparticules,
par l'intermédiaire d'un boson Z ou d'un photon virtuels.
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Le texte de la figure est le suivant :
deux protons entrent en collision à haute énergie et produisent différents
hadrons ainsi que des particules de très grande masse comme les
bosons Z. Les événements comme celui-ci sont très rares mais ils
fournissent des indices essentiels pour comprendre la structure de la matière.
L'aventure des particules
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à
http://pdg.lbl.gov/cpep.html.
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