Sciences & Techniques: Les particules

« nombre de deux, elles ont été mises en évidence quand on s'est intéressé à l'intérieur du noyau des atomes. Les équations de Maxwell rendent compte de la cohésion de la matière : la liaison des électrons aux noyaux, celle des atomes entreeux pour former des molécules, etc.

En revanche, elle prédit qu'à l'intérieur des noyaux, les protons (charges positives) doivent serepousser et ce, d'autant plus fortement qu'ils sont proches.

Pourtant, les noyaux sont stables, sinon nous ne serions même pas làpour en parler...

Pour expliquer la cohésion nucléaire de la matière, les physiciens ont donc été forcés d'élaborer une nouvelle sorte d'interaction, répondant à des équations d'une forme différente de celles de Maxwell.

Par défaut d'imagination, on l'a qualifiéed'interaction "forte" : elle décroît très vite avec la distance, de sorte que ses effets ne sont pas sensibles à l'extérieur des noyaux. Mais le schéma s'est encore compliqué...

En effet, si notre planète Terre constitue un lieu accueillant, elle le doit à la stabilité de la plupart des noyaux de ses atomes.

Mais la vie qui s'y abrite puise son énergie dans la lumière du soleil qui, elle, résulte de ladésintégration de nombreux noyaux (la radioactivité ).

Et ces réactions nucléaires ne sont explicables qu'avec l'aide d'un quatrième type d'interaction : l'interaction "faible". Le tableau ci-dessous résume les quatre interactions qui, aujourd'hui, suffisent pour rendre compte ducomportement de la matière dans l'Univers, tel que nous le connaissons.

Mais ce tableau introduit aussi denouveaux partenaires : les particules qui véhiculent ces interactions.

C'est en effet l'apport de la révolutionquantique à la physique que d'avoir montré, en premier lieu pour la lumière, qu'une interactionélectromagnétique était interprétable en termes de particules.

Introduire des quanta ne fut d'abord qu'unartifice de calcul, imaginé par Planck pour rendre compte du rayonnement du corps.

Einstein reprit l'idée aubond, et l'étaya théoriquement, avant que l'expérience (l'effet photoélectrique) ne vienne conforter l'existence des photons. Ce modèle - la cohérence mathématique impose l'existence de particules, révélées ensuite par l'expérience - fut largement mis enœuvre dans la construction de l'édifice théorique actuel.

Ce numéro raconte notamment la découverte des "vecteurs" de l'interactionfaible : les bosons W+, W- et Zº. Interaction Domained'application Intensité à 10 -15m comparée avecl'interaction forte Vecteur Masse au repos GeV/c 2 Spin Chargeélectrique Electro-magnétisme Infini 10-2 photon 0 1 0 Faible Moins de 10- 18m 10-13 Bosonsintermédiaires w+ 81 w- 81 z° 93 1 1 1 +1 -1 0 Forte Moins de 10 -15m 1 Gluons 0 1 0 Gravitation Infini 10-38 graviton 0 2 0 Arrêtons-nous un instant sur ces particules.

Le tableau montre que, contrairement au photon, ces bosons ont une masse et que celle-ci est relativement importante : quelque 160 000 fois celle de l'électron.

Cette caractéristique est d'ailleurs la cause des énergiesgigantesques qu'il a fallu mettre en œuvre au CERN pour "voir" ces particules massives.

Mais elle implique aussi une différence denature pour l'interaction faible, par rapport aux 3 autres types dont les vecteurs sont dépourvus de masse.

D'où une briquesupplémentaire apportée à l'édifice pour en conserver le bel aspect : l'existence d'un nouveau boson, le boson de Higgs, estnécessaire.

son absence dans notre tableau s'explique : électriquement neutre, de spin nul, ce boson n'a pas encore été observé.

Onne connaît pas sa masse, même si on sait qu'elle doit être importante et...

requiert donc des appareils plus grands encore ! Remarquons enfin que le graviton n'a pas été davantage observé que le boson de Higgs, ceci tient aux nombreux ordres de grandeurqui séparent la gravitation des autres interactions : ses effets sont négligeables en physique des particules et interdisent doncactuellement de "voir" le graviton par l'expérience.

Quant aux gluons de l'interaction forte, leur mise en évidence pose d'autresproblèmes.

Notons d'abord, sans autres formes d'explications, que la théorie requiert qu'ils soient au nombre de huit.

Et, surtout,rappelons qu'ils sont les vecteurs d'une interaction dont l'intensité augmente considérablement avec la distance, dans les limites de. »