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Samedi 16 Fevrier 2019

SCIENCE - Publi le 19/12/11 15:23


L'ABC de l'infiniment petit



Dans les années 60, un Modèle standard de la physique des particules a été mis au point pour expliquer le comportement des composantes de base de l'univers. Au lieu de la simple triade électron-proton-neutron des cours de chimie du secondaire, le Modèle standard compte 16 particules.



Pour bien comprendre, commençons par le cours de chimie de quatrième secondaire. On y apprend que la matière est formée d'atomes, eux-mêmes composés de protons, d'électrons et de neutrons. Un atome a un ou plusieurs protons en son noyau, autour duquel tournent des électrons. L'atome d'hydrogène, par exemple, a un proton dans son noyau et un électron autour du noyau. Le proton a une charge électronique positive; l'électron, une charge négative. Le noyau d'un atome peut aussi comporter des neutrons, des particules ayant une charge électrique neutre.



Les quarks sont les composantes du proton et du neutron. Les leptons, eux, comprennent l'électron et d'autres particules en amont. Les quatre autres particules, les bosons, sont associées à des forces agissant entre les particules. Le boson de Higgs - un cinquième boson - est en quelque sorte au coeur de ces trois catégories et sert à donner leur masse aux six leptons et aux six quarks, par le moyen du champ de Higgs.



Le photon, qui est notamment présent dans les ondes radio et la lumière, est la particule associée à la force électromagnétique. Les bosons W et Z sont associés à des forces faibles, permettant notamment aux électrons d'être attirés par les quarks composant les protons. Le gluon, le quatrième type de bosons, régit la force forte qui tient les protons ensemble dans le noyau des atomes - sans le gluon, les protons se repousseraient mutuellement parce qu'ils ont la même charge positive. Une force entre deux particules agit grâce à un échange de boson entre ces particules.



Parmi les leptons, on compte le tauon, le plus lourd, qui, en se désintégrant, donne des muons et des neutrinos. Le muon se désintègre en électrons et en neutrinos.



»Comme une casserole avec trois oeufs»



Un proton est composé de trois quarks, tout comme un neutron. Mais attention: le gluon qui maintient les protons ensemble dans le noyau d'un atome peut, pour une infime fraction de seconde, se changer en paire de quarks.



«Quand cette paire de quarks existe à l'intérieur du proton, elle peut être frappée par des particules incidentes qui pourraient être des électrons», explique François Corriveau, un physicien de McGill qui a étudié la structure de proton dans des recherches antérieures à Hambourg, en Allemagne. «On dit alors que le proton est une mer de quarks. C'est comme dans une casserole avec trois oeufs; l'eau est quand même là dans la casserole quand l'eau bout. On considère que le proton a trois quarks de valence, mais c'est une très grande simplification.»



Pour compliquer le tout, les bosons peuvent eux-mêmes se désintégrer et donner d'autres particules élémentaires. Un boson de Higgs se désintègre en photons et en deux bosons Z, qui eux-mêmes se désintègrent en leptons, explique George Azuelos, un physicien de l'Université de Montréal qui participe aux travaux du CERN, mais qui n'a pas directement travaillé sur le boson de Higgs. «Mais la masse prévue du boson de Higgs est inférieure à la masse de deux bosons Z, dit M. Azuelos. Alors on dit qu'il se désintègre en un boson Z et un boson Z virtuel.»



En mécanique quantique, ajoute M. Azuelos, «les choses peuvent se mélanger».

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