Physique des particules 2301 31850878 2008-07-24T14:21:51Z DenisBernard 428277 Je supprime un paragraphe diffamant prétendant que la physique des particules voudrait expliquer "tout en termes de particules élémentaires et de leurs interactions". {{voir homonymes|Particule}} [[Image:BubbleChamber-fnal.jpg|thumb|250px|[[Chambre à bulles]] exposée à l'extérieur d'un bâtiment (probablement utilisée par le [[Fermilab]])<br>(photo du Fermilab)]] La '''physique des particules''' est la branche de la [[physique]] qui étudie les constituants élémentaires de la [[matière]] et les [[rayonnement]]s, ainsi que leurs [[Interaction élémentaire|interaction]]s. On l'appelle aussi parfois '''physique des hautes énergies''' car de nombreuses [[particules élémentaires]], instables, n'existent pas à l'état naturel et peuvent seulement être détectées lors de collisions à hautes énergies entre particules stables dans les [[accélérateur de particules|accélérateurs de particules]]. == Historique == L'idée que la matière se compose de particules élémentaires date au moins du {{VIe siècle av. J.-C.}}. A l'époque, elle reposait au fond sur l'incapacité à maîtriser la notion de [[continuité|continu]]&thinsp;: voir les paradoxes de [[Zénon d'Élée]]. La doctrine philosophique de l'[[atomisme]] a été étudiée par les [[philosophe]]s [[Grèce antique|grecs]], tels que [[Leucippe]], [[Démocrite]] et [[Épicure]]. Bien qu'au {{XVIIe siècle}}, [[Isaac Newton]] ait pensé que la [[matière]] soit composée de particules, c'est [[John Dalton]] qui, en [[1802]], énonça formellement que tout est constitué d'atomes minuscules. Cette hypothèse ne devint réellement scientifique qu'à partir du moment où l'on sut estimer la [[nombre d'Avogadro#Histoire du nombre d'Avogadro|taille des atomes]] (1865, [[Johann Josef Loschmidt|Loschmidt]]&thinsp;; 1870, [[Lord Kelvin]]) En [[1869]], le premier [[tableau périodique]] de [[Dimitri Mendeleïev|Mendeleïev]] permit d'affermir le point de vue prévalant durant tout le {{XIXe siècle}} que la matière était faite d'atomes. Les travaux de [[Joseph John Thomson|Thomson]] établirent que les atomes sont composés d'[[électron]]s légers et de [[proton]]s massifs. [[Ernest Rutherford|Rutherford]] établit que les protons sont concentrés dans un noyau compact. Initialement, on pensait que le noyau était seulement constitué de protons et d'électrons confinés (afin d'expliquer la différence entre la [[Charge électrique|charge]] et le [[nombre de masse]]), mais ultérieurement il s'avéra qu'il était constitué de protons et de neutrons. Au {{XXe siècle}}, les progrès de la [[physique nucléaire]] et de la physique quantique, avec les preuves spectaculaires de la [[fission nucléaire]] et de la [[fusion nucléaire]], donnèrent naissance à une industrie capable de produire un atome à partir d'un autre, rendant même possible (mais non rentable économiquement) la [[transmutation]] de [[plomb]] en [[or]]. Tout au long des [[années 1950]] et des [[années 1960]], une variété ahurissante de particules a été trouvée lors d'expériences de collision&thinsp;: un «&thinsp;zoo de particules&thinsp;». Cette expression perdit de son intérêt après la formulation du [[modèle standard (physique)|modèle standard]] dans les années [[1970]], car le grand nombre de ces particules put être conçu comme résultant de combinaisons d'un relativement petit nombre de particules fondamentales, encore que le calcul des propriétés des particules composées en soit encore à ses balbutiements, et que les nombreux paramètres du modèle standard n'aient pas trouvé d'explication satisfaisante pour leurs valeurs. === Les grandes dates === * [[1873 en science|1873]]&thinsp;: [[James Clerk Maxwell|Maxwell]] réalise d'importantes recherches dans quatre domaines&thinsp;: la vision de la couleur, la théorie moléculaire, l'électricité et le magnétisme. Il arrive à unifier les deux derniers par une théorie unique, l'[[électromagnétisme]]. Cette théorie de Maxwell permet de décrire la [[propagation des ondes]] lumineuses dans le vide et d'en prédire un spectre de fréquences théoriquement illimité. * [[1874 en science|1874]]&thinsp;: [[George Stoney]] développe la théorie de l'électron et estime sa masse. * [[1895 en science|1895]]&thinsp;: [[Wilhelm Röntgen|Röntgen]] découvre les [[rayons X]]. * [[1896 en science|1896]]&thinsp;: [[Henri Becquerel|Becquerel]] découvre la [[radioactivité]] de l'[[uranium]]. * [[1898 en science|1898]]&thinsp;: [[Marie Curie|Marie]] et [[Pierre Curie]] séparent les éléments radioactifs. [[Joseph John Thomson|Thomson]] découvre l'électron et crée un modèle où l'atome est décrit comme une entité de charge neutre (contenant un noyau positif avec de petits électrons négatifs). * [[1900 en science|1900]]&thinsp;: [[Max Planck|Planck]], afin d'interpréter les variations de couleur d'un corps incandescent en fonction de la température, et de résoudre certains problèmes mathématiques liés à ce problème, suggère un artifice&thinsp;: le rayonnement est quantifié (pour chaque fréquence, il est émis par paquets d'énergie, de valeur, ou quantum, dépendant de la fréquence). * [[1905 en science|1905]]&thinsp;: [[Albert Einstein|Einstein]] propose qu'un [[quantum]] de lumière, qui sera nommé en 1926 «&thinsp;photon&thinsp;», se comporte comme une particule. Les autres théories d'Einstein expliquent l'équivalence de la masse et de l'énergie, la [[dualité onde-particule]] des photons, le [[principe d'équivalence]] et la [[relativité restreinte]]. * [[1909 en science|1909]]&thinsp;: [[Hans Geiger]] et [[Ernest Marsden]], sous la responsabilité de Rutherford, envoient des [[particule alpha|particules alpha]] sur une mince feuille d'[[or]] et observent parfois de grands angles de diffusion, ce qui suggère l'existence d'un noyau positivement chargé, petit et dense (la collision est rare) à l'intérieur de l'atome. * [[1911 en science|1911]]&thinsp;: [[Ernest Rutherford|Rutherford]] conclut à l'existence du noyau comme résultat de l'expérience de diffusion alpha réalisée par Geiger et Marsden. * [[1913 en science|1913]]&thinsp;: [[Niels Bohr|Bohr]] construit la théorie de la structure atomique basée sur des hypothèses quantiques. * [[1919 en science|1919]]&thinsp;: Rutherford prouve l'existence du proton. * [[1921 en science|1921]]&thinsp;: [[James Chadwick|Chadwick]] et E.S. [[Bieler]] concluent qu'une force de grande intensité maintient le noyau uni, malgré la répulsion électrostatique [[Champ coulombien|coulombienne]] entre protons. * [[1923 en science|1923]]&thinsp;: [[Arthur Compton|Compton]] découvre la nature quantique (particulaire) des [[rayons X]], confirmant que les photons sont des particules. * [[1924 en science|1924]]&thinsp;: [[Louis de Broglie|de Broglie]] propose des propriétés ondulatoires pour les particules formant la matière. * [[1925 en science|1925]]&thinsp;: [[Wolfgang Pauli|Pauli]] formule le [[Principe d'exclusion de Pauli|principe d'exclusion]] pour les électrons à l'intérieur d'un atome. W. Bothe et Geiger démontrent que l'énergie et la masse sont conservées dans les processus atomiques. * [[1926 en science|1926]]&thinsp;: [[Erwin Schrödinger|Schrödinger]] développe la [[mécanique ondulatoire]], qui décrit le comportement des systèmes quantiques pour les [[boson]]s. [[Max Born|Born]] donne une interprétation probabiliste de la mécanique quantique. [[Gilbert Newton Lewis|Lewis]] propose le nom de photon pour le quantum de lumière. * [[1927 en science|1927]]&thinsp;: Découverte de la [[Radioactivité β|désintégration β]]. * [[1928 en science|1928]]&thinsp;: [[Paul Dirac|Dirac]] propose son équation d’onde relativiste pour l’[[électron]]. * [[1930 en science|1930]]&thinsp;: Pauli suggère l’existence d'un [[neutrino]] invisible, afin d'interpréter l'apparente disparition de l'énergie dans la [[Radioactivité β|désintégration β]]. * [[1930 en science|1930]]&thinsp;: Particules élémentaires, incluant l'électron, le [[proton]], le [[neutron]] (dans le noyau), le neutrino dans la [[Radioactivité β|désintégration β]], le [[photon]], quantum de champ électromagnétique. * [[1931 en science|1931]]&thinsp;: Découverte du [[positron]] <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle e^+</math></font> ([[Carl David Anderson|Anderson]]). Dirac réalise que le positron est aussi décrit par son équation. * [[1932 en science|1932]]&thinsp;: [[James Chadwick]] découvre le neutron <math>\scriptstyle n</math>. * [[1933 en science|1933]]/[[1934 en science|34]]&thinsp;: [[Enrico Fermi|Fermi]] formule sa théorie sur la [[Radioactivité β|désintégration β]] ([[interaction faible]])&thinsp;: ex. <math>\scriptstyle n \to p + e^- + \bar{\nu}_e</math>. * [[1935 en science|1935]]&thinsp;: [[Hideki Yukawa|Yukawa]] formule son hypothèse sur les [[méson]]s&thinsp;: La force nucléaire est due à l’échange de particules massives, les mésons. * [[1937 en science|1937]]&thinsp;: Découverte du [[lepton]] [[muon|µ]]. Bien qu'ayant à peu près la masse prévue pour le méson de Yukawa, il n'a pas d'interactions assez fortes avec la matière pour jouer ce rôle. * [[1938 en science|1938]]&thinsp;: Énoncé de la loi de conservation du [[nombre baryonique]]. * [[1946 en science|1946]]/[[1947 en science|1947]]&thinsp;: Découverte du [[méson]] chargé <font style="vertical-align:+10%;"> <math>\scriptstyle\pi^\pm </math></font>, le [[Pion (particule)|pion]] ([[Cecil Frank Powell|Powell]]), prédit en 1935. Le <math>\scriptstyle\mu </math> est produit par la désintégration β&thinsp;: <math>\scriptstyle\pi^+\to\mu^+ +\nu_\mu </math>. * [[1946 en science|1946]]/[[1950 en science|1950]]&thinsp;: Théorie quantique de l’électromagnétisme (QED) ([[Richard Feynman|Feynman]], [[Julian Schwinger|Schwinger]] et [[Sin-Itiro Tomonaga|Tomonaga]]). * [[1948 en science|1948]]&thinsp;: Production artificielle du <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle \pi^+</math> </font>. * [[1949 en science|1949]]&thinsp;: Découverte du <font style="vertical-align:+20%;"> <math>\scriptstyle K^+</math></font>. * [[1950 en science|1950]]&thinsp;: Découverte du [[pion (particule)|pion]] neutre, <math>\scriptstyle \pi^0\to\gamma+\gamma</math>. * [[1951 en science|1951]]&thinsp;: Découverte d'événements en «&thinsp;'''V'''&thinsp;»&thinsp;: désintégration de particules <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle K^0</math></font> et <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle \Lambda</math></font> ayant une vie moyenne «&thinsp;étrangement&thinsp;» longue. Ceci est interprété en termes d'un nouveau [[nombre quantique]], l'«&thinsp;étrangeté&thinsp;», conservé par les interactions fortes et électromagnétiques. * [[1952 en science|1952]]&thinsp;: Découverte du <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle\Delta </math></font> (état excité du [[nucléon]]). * [[1954 en science|1954]]&thinsp;: [[Chen Ning Yang|Yang]] et [[Robert Mills (physicien)|Mills]] proposent les [[théorie de jauge|théories de jauge]] non-abéliennes. * [[1955 en science|1955]]&thinsp;: Découverte de l'[[antiproton]] <math>\scriptstyle \bar{p}</math> ([[Owen Chamberlain|Chamberlain]] et [[Emilio Gino Segrè|Segrè]]). * [[1956 en science|1956]]&thinsp;: [[Tsung-Dao Lee|Lee]] et [[Chen Ning Yang|Yang]] suggèrent que la [[force faible]] peut engendrer une [[Parité (physique)|violation de la parité]]. * [[1956 en science|1956]]&thinsp;: Découverte de la violation de la parité dans les atomes de [[cobalt|<sup>60</sup>Co]] par [[Chien-Shiung Wu]] et [[Amber]]. * [[1960 en science|1960]]/[[1970 en science|1970]]&thinsp;: Découverte de centaines de particules «&thinsp;élémentaires&thinsp;»&thinsp;: <math>\scriptstyle (\rho,~\omega,~K^\ast,~\Sigma,~\Xi, ~\ldots)</math> * [[1961 en science|1961]]&thinsp;: [[Murray Gell-Mann]] propose la «&thinsp;voie octuple&thinsp;» SU(3)pour classer toutes ces particules. * [[1962 en science|1962]]&thinsp;: Découverte des deux neutrinos <math>\scriptstyle\nu_\mu </math> et <math>\scriptstyle\nu_e </math>. * [[1964 en science|1964]]&thinsp;: Existence des [[quark]]s <math>\scriptstyle u,~d</math> et <math>\scriptstyle s</math> (postulée par [[Murray Gell-Mann|Gell-Mann]] et [[George Zweig|Zweig]]), constituants qui pourraient être à la base du classement par SU(3). * [[1964 en science|1964]]&thinsp;: Un nouveau [[quark]], <math>\scriptstyle c</math>, est suggéré. * [[1964 en science|1964]]&thinsp;: Découverte de la [[Violation de la symétrie CP|violation de CP]] dans les systèmes <font style="vertical-align:+20%;"> <math>\scriptstyle K^0 - \bar{K}^0</math></font> par [[James Watson Cronin|Cronin]], [[Val Logsdon Fitch|Fitch]], [[Christenson]] et [[Turlay]]. * [[1965 en science|1965]]&thinsp;: Le nombre quantique de la couleur est proposé&thinsp;: toutes les particules observées sont de couleur neutre. C'est pourquoi on ne peut observer les quarks colorés. * [[1967 en science|1967]]&thinsp;: [[Sheldon Glashow|Glashow]], [[Abdus Salam|Salam]] et [[Steven Weinberg|Weinberg]] proposent un schéma d’unification des forces électromagnétiques et faibles. Prédiction de l’existence du boson de [[Higgs]] et des bosons lourds <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle Z^0</math></font> et <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle W^\pm</math></font>, des dizaines de fois plus massifs que les particules élémentaires connues à ce jour. * [[1968 en science|1968]]-[[1969 en science|1969]]&thinsp;: [[SLAC]] détecte une structure ponctuelle du nucléon. * [[1973 en science|1973]]&thinsp;: Énoncé de la théorie des interactions fortes entre particules colorées (QCD). Prédiction de l’existence des [[gluon]]s. * [[1973 en science|1973]]&thinsp;: [[Liberté asymptotique]] postulée. * [[1974 en science|1974]]&thinsp;: Découverte du [[Méson J/ψ|<math>\scriptstyle J/\psi</math>]] et de particules contenant un [[quark charm]]é <math>\scriptstyle c</math>, à l'[[Université Stanford]] et à [[Laboratoire national de Brookhaven|Brookhaven]]. * [[1976 en science|1976]]&thinsp;: Découverte d’un troisième lepton chargé, le <math>\scriptstyle \tau^-</math>. * [[1976 en science|1976]]&thinsp;: Découverte du méson charmé <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle D^0</math></font> et confirmation de l’existence du quark <math>\scriptstyle c</math>. * [[1978 en science|1978]]&thinsp;: Découverte d’un cinquième quark, le [[Quark bottom|bottom]] <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle b</math></font>, au [[Fermilab]]. * [[1979 en science|1979]]&thinsp;: Mise en évidence d’un gluon à [[DESY]]. * [[1983 en science|1983]]&thinsp;: Découverte du <font style="vertical-align:+20%;">[[Boson Z|<math>\scriptstyle Z^0</math>]]</font> et du <font style="vertical-align:+20%;">[[Boson W|<math>\scriptstyle W^\pm</math>]]</font> au [[CERN]]. * [[1990 en science|1990]]&thinsp;: L'étude de la désintégration du <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle Z^0</math></font> au [[Large Electron Positron|LEP]] (CERN) montre que le nombre de neutrinos «&thinsp;légers&thinsp;» (<math>\scriptstyle m \,<\, 45</math> [[GeV]]) est limité à 3. * [[1995 en science|1995]]&thinsp;: Découverte d’un sixième quark, le [[Quark top|top]] <math>\scriptstyle t</math>, au [[Fermilab]]. * [[1998 en science|1998]]&thinsp;: Preuve de l'existence de neutrinos de masse non-nulle au [[Super-Kamiokande]]. == Classement des particules subatomiques== === Introduction === Les particules élémentaires peuvent être classées en différentes sous-catégories en fonction de leur nature. === [[Lepton]]s, [[hadron]]s et [[quark]]s === ==== Leptons ==== Les [[lepton]]s (du grec leptos, léger, ainsi nommés parce que leurs masses sont relativement petites) sont caractérisés par les propriétés suivantes: # Absence d'[[interaction forte]] (ils ne portent pas de [[charge de couleur|couleur]]). # Charges électriques entières (multiples de la charge de l’électron). # Charge «&thinsp;faible&thinsp;» les regroupant en paires appelées doublets d’[[interaction faible]]. # Obéissance à la [[statistique de Fermi-Dirac]] (ce sont des [[fermions]]). Les trois paires, familles ou générations de leptons connues sont&thinsp;: #<math>\scriptstyle e ~ - ~ \nu_e</math> #<math>\scriptstyle \mu ~ - ~ \nu_\mu</math> #<math>\scriptstyle \tau ~ - ~ \nu_\tau</math> ==== Hadrons ==== Les [[hadron]]s (du grec hadros, gros, épais) sont caractérisés par les propriétés suivantes&thinsp;: # Présence d’[[interaction forte]] (appelée «&thinsp;résiduelle&thinsp;» pour la distinguer de l'interaction forte de couleur liant les quarks et les gluons entre eux). # Charges électriques entières (multiples de la charge de l’électron). # Interactions faibles. # Constitution à partir de quarks. Les hadrons ne sont donc pas des particules fondamentales, mais plutôt des états liés de quarks. On en observe plus de 200. Ils peuvent être classés en deux groupes&thinsp;: les [[baryon]]s, (du grec barus, lourd) auxquels on associe un nombre quantique spécial (le nombre baryonique) essentiellement constitués de trois quarks, et les mésons, (du grec mesos, moyen) responsables des interactions fortes «&thinsp;résiduelle&thinsp;» entre hadrons, et auxquels on donne le nombre baryonique 0, car ils sont composés d'un quark et d'un antiquark. Voici les hadrons les plus fréquemment observés (baryons de [[spin]] 1/2, mésons de spin 0 et baryons de spin 3/2) &ndash; sur ces figures, l'axe vertical, orienté vers le bas, donne l'étrangeté '''''S'''''&thinsp;, l'axe horizontal '''''I<sub>3</sub>''''' la composante d'isospin, et l'axe oblique '''''Q''''' la charge électrique&thinsp;; les particules sont représentées par les cercles roses, et leur(s) symbole(s) figure à côté&thinsp;; les cercles divisés en deux représentent les deux particules indiquées en regard, qui diffèrent par diverses propriétés, notamment leur masse, non représentées sur ces diagrammes. Enfin, le contenu principal en quarks est indiqué à l'intérieur de chaque cercle&thinsp;: [[Image:Baryon-octet-small.svg|thumb|center|400px|Premier nonet de baryons]]<br> {| border cellpadding="5" cellspacing="0" align="center" |rowspan="4" align="center" | Nonet de baryons <br>(''spin 1/2'') |rowspan="3" align="center" | Octet | align="center" | '''Nucléons : S = 0''' | align="center" | <math>\scriptstyle n,~p</math> | align="center" | neutron et proton |- | align="center"| '''Étrangeté 1 ''' | align="center"|<math>\scriptstyle \Sigma^-,~\Sigma^0,~\Sigma^+</math> | align="center" | 3 Sigma |- | align="center"|'''Étrangeté 2''' | align="center"|<math>\scriptstyle \Xi^-,~\Xi^0 </math> | align="center" | 2 Xi |- | align="center" | Singulet || align="center"| '''Étrangeté 1 ''' | align="center"|<math>\scriptstyle \Lambda^0</math> || align="center"| 1 Lambda |} Ce «&thinsp;nonet&thinsp;» de 9 baryons assez semblables se divise en un «&thinsp;octet&thinsp;» de 8 et une seule particule formant un «&thinsp;singulet&thinsp;». Ceci correspond à des propriétés de symétrie entre les quarks composants, se reflétant notamment sur la différence de masse entre les deux éléments centraux '''&Lambda;<sup>0</sup>''' et '''&Sigma;<sup>0</sup>'''. [[Image:Meson-octet-small.svg|thumb|center|400px|Premier nonet de mésons]]<br> {| border cellpadding="5" cellspacing="0" align="center" |rowspan="4" align="center" | Nonet de mésons <br>(''spin 0'') |rowspan="3" align="center" | Octet | align="center" | '''Étrangeté -1''' ||align="center"|<math>\scriptstyle K^0,~K^+</math> |align="center" | 2 kaons |- | align="center"| '''Étrangeté 0 ''' | align="center"|<math>\scriptstyle \pi^-,~\pi^0,~\pi^+ </math>||align="center"| 3 pions |- | align="center"|'''Étrangeté +1''' |align="center"|<math>\scriptstyle K^-,~\bar{K}^0</math> || 2 anti-kaons |- | align="center" | Singulet || align="center"| '''Étrangeté 0 ''' | align="center"|<math>\scriptstyle \eta </math>||align="center"| 1 êta |} A nouveau, ce «&thinsp;nonet&thinsp;» de 9 mésons assez semblables se divise en un «&thinsp;octet&thinsp;» de 8 et un «&thinsp;singulet&thinsp;». [[Image:Baryon-decuplet-small.svg|thumb|center|400px|Premier décuplet de baryons]]<br> {|border cellpadding="5" cellspacing="0" align="center" |rowspan="4" | Décuplet de baryons <br>(''spin 3/2'') | align="center"|'''Étrangeté 0''' | align="center"|<math>\scriptstyle \Delta^-,~\Delta^0,~\Delta^+,~\Delta^{++}</math> || align="center"| 4 Delta |- | align="center"|'''Étrangeté 1''' | align="center"|<math>\scriptstyle \Sigma^{*-},~\Sigma^{*0},~\Sigma^{*+}</math> || align="center"| 3 Sigma excités |- | align="center"| '''Étrangeté 2''' || align="center"|<math>\scriptstyle \Xi^{*-},~\Xi^{*0} </math> | align="center"| 2 Xi excités |- | align="center"| '''Étrangeté 3''' ||align="center"| <math>\scriptstyle \Omega^-</math>|| align="center"| 1 Omega |} Ici, la symétrie entre les membres du décuplet est plus frappante&thinsp;: l'axe de la charge électrique '''''Q''''' correspond bien, à une constante près, au nombre de quarks '''''u''''', celui de l'étrangeté '''''S''''' au nombre de quarks '''''s''''', et le troisième axe, non tracé, bissecteur entre les deux précédents, au nombre de quarks '''''d'''''. ==== Quarks ==== Les [[quark]]s sont les particules fondamentales qui forment les particules observées. # Ils interagissent fortement (soumis à l’interaction forte) # Ils portent des charges électriques fractionnaires. # Ils possèdent une charge faible et forment des doublets d’interaction faible. # On leur associe aussi une [[charge de couleur]] (3 couleurs possibles, ce sont des triplets) par laquelle ils subissent l’interaction forte. # Ils obéissent à la [[statistique de Fermi-Dirac]] (ce sont des [[fermions]]). On compte six types ou [[saveur (physique des particules)|saveurs]] de quarks&thinsp;: up, down, étrange, charmé, bottom (aussi appelé « quark beauté » pour des raisons historiques) et top. Comme les leptons, ils peuvent être regroupés en doublets qui sont des copies conformes, sauf pour ce qui est de leurs masses. {| border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" align="center" ! colspan="2" align="center" | Quarks ! colspan="2" align="center" | Antiquarks |- ! align="center" |Q = 2/3 ! align="center" |Q = −1/3 ! align="center" |Q = -2/3 ! align="center" |Q = 1/3 |- | align="center" |<math>\scriptstyle \mathbf u</math> (up) | align="center" |<math>\scriptstyle \mathbf d</math> (down) | align="center" |<math>\scriptstyle \mathbf \bar{u}</math> (anti-up) | align="center" |<font style="vertical-align:+20%;"> <math>\scriptstyle \mathbf \bar{d}</math></font> (anti-down) |- | align="center" |<math>\scriptstyle \mathbf c</math> (charme) | align="center" |<math>\scriptstyle \mathbf s</math> (étrange) | align="center" |<math>\scriptstyle \mathbf \bar{c}</math> (anti-charme) | align="center" |<math>\scriptstyle \mathbf \bar{s}</math> (anti-étrange) |- | align="center" |<math>\scriptstyle \mathbf t</math> (top) | align="center" |<math>\scriptstyle \mathbf b</math> (bottom) | align="center" |<font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle \mathbf \bar{t}</math></font> (anti-top) | align="center" |<font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle \mathbf \bar{b}</math></font> (anti-bottom) |} De façon générale, on soupçonne que les familles de quarks et leptons sont reliées; il en existe trois de chaque. En 2007, il semble que seuls des arguments de symétrie viennent appuyer cette assertion. ==== Gluons ==== Les [[gluon]]s sont les particules fondamentales qui assurent la cohésion des hadrons et des mésons en liant les quarks entre eux. # Ils interagissent fortement (porteurs de l’interaction forte) # Ils sont électriquement neutres. # Ils ne possèdent pas d’interaction faible. # On leur associe aussi une [[charge de couleur]] (8 couleurs possibles, c'est un octet) et ils subissent donc l'interaction forte. # Ils obéissent à la [[statistique de Bose-Einstein]] (ce sont des [[bosons]]). On ne compte que huit gluons, qui interagissent avec tous les types ou [[saveur (physique des particules)|saveurs]] de quarks, mais également entre eux, puisqu'ils sont eux-mêmes colorés. Ceci rend les calculs mathématiquement très compliqués, d'où le fait que les progrès sur l'architecture des particules soient très lents, bien que la théorie soit formellement connue. En raison de l'intensité de l'interaction forte, les quarks et gluons, étant colorés, subissent le [[confinement de couleur]], qui fait que l'on ne peut pas les observer isolément. Seules des combinaisons où toutes les couleurs se compensent (combinaisons ''blanches'') peuvent constituer des hadrons libres. === Existence de trois familles === L'ensemble des particules élémentaires semble pouvoir se décomposer en trois familles (ce nombre de trois est un paramètre fondamental du [[modèle standard (physique)|modèle standard]], à ne pas confondre avec le nombre de couleurs portées par les quarks, autre paramètre fondamental)&thinsp;: <center> [[Image:Familles particules.jpg]] </center> === Bosons et fermions === La mécanique quantique introduit la notion de moment cinétique intrinsèque d'une particule, le [[spin]]. Il peut prendre des valeurs qui sont des multiples de <math>\scriptstyle \hbar/2 = h/4\pi</math>. Il détermine également le type de statistique auquel est soumise la particule. * [[Boson]]s&thinsp;: Ce sont des particules de spin entier (<math>\scriptstyle0,~\hbar ,~ 2\hbar ,~ 3\hbar ,~ \ldots</math>), qui obéissent à la [[statistique de Bose-Einstein]], c'est-à-dire qu'un système de deux bosons identiques, désignés par les indices 1 et 2 est décrit par une fonction d'onde qui est symétrique sous l'échange des particules&thinsp;: <math>\scriptstyle\psi_{12} = +\psi_{21}</math>. * [[Fermion]]s&thinsp;: Ce sont des particules de spin demi-entier (<math>\scriptstyle\hbar/2 ,~ 3\hbar/2 ,~ 5\hbar/2 ,~ \ldots</math>) qui obéissent à la [[statistique de Fermi-Dirac]], c'est-à-dire qu'un système de deux fermions identiques, désignés par les indices 1 et 2 est décrit par une fonction d'onde qui est antisymétrique sous l'échange des particules&thinsp;: <math>\scriptstyle\psi_{12} = -\psi_{21}</math>. En particulier, deux fermions ne peuvent pas se trouver dans le même état, sinon cette relation montre que leur fonction d'onde serait nulle, ce qui est absurde ([[principe d'exclusion de Pauli]]). === Particules et antiparticules === {{voir|Antiparticule}} La notion d'[[antiparticule]] fut proposée par [[Paul Dirac]] en [[1928]]. Certaines solutions de l'[[équation de Dirac|équation qui porte son nom]] apparaissent comme portant une énergie négative. Dirac interpréta ces solutions ainsi&thinsp;: en fait l'espace vide est l'ensemble de toutes ces solutions. Si l'on apporte suffisamment d'énergie à une partie du vide représentée par une de ces solutions, elle devient une solution d'énergie positive, et laisse sa place vacante. Le trou laissé vacant par cette solution d'énergie négative apparaît comme une particule d'énergie positive, et dont toutes les propriétés (charge électrique, par exemple) sont opposées à celles des solutions normales. C'est ce qu'on appelle une antiparticule. Une antiparticule se caractérise donc par&thinsp;: * une charge et des nombres quantiques opposés à ceux de la particule associée&thinsp;; * une masse et une durée de vie identiques à celles de la particule correspondante. Par convention, l'antiparticule est désignée par une barre supérieure, ce qui n'est utile que si on ne peut pas la distinguer par sa charge. Par exemple, on pourrait écrire&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"> <math>\scriptstyle\overline{e^-} ~= ~\bar{e}\,^+ ~=~ e^+ </math></font> === Interactions et champs === La [[mécanique classique]] et la [[théorie quantique des champs]] ont des approches différentes lorsqu'il s'agit d'écrire les interactions. * En mécanique classique, lorsqu'il y a un champ produit par une particule 1 à la position de la particule 2, cette dernière interagit avec la valeur de ce champ. * En théorie quantique des champs, l'interaction est interprétée comme un échange de quanta. Il obéit aux lois de conservation des nombres quantiques et de la quadri-impulsion. Celle-ci obéit à l'équation d'onde dans les limites du [[principe d'incertitude]] de [[Heisenberg]]&thinsp;: <math>\scriptstyle\Delta E \times \Delta t \,>\, \hbar</math> et <math>\scriptstyle\Delta x \times \Delta p \,>\, \hbar</math> Les états transitoires sont appelés «&thinsp;virtuels&thinsp;», par exemple, un photon virtuel peut avoir une quadri-impulsion telle que <font style="vertical-align:+10%;"> <math>\scriptstyle p^2\neq 0</math></font>&thinsp;: si <font style="vertical-align:+10%;"> <math>\scriptstyle \Delta t </math></font> est limité, alors l'énergie n'est conservée qu'à des écarts <math>\scriptstyle \Delta E ~\sim~ \hbar/\Delta t</math> près. ==== Interaction électromagnétique ==== L' interaction électromagnétique se caractérise par les propriétés suivantes&thinsp;: * mise en jeu de particules électriquement chargées&thinsp;; * couplage <math>\scriptstyle\alpha = e^2 / 4 \pi\hbar c\epsilon_0 \approx 1/137 </math>&thinsp;; * temps d’interaction et/ou vies moyennes typiques de ≈ 10<sup>−20</sup> s&thinsp;; * [[section efficace|sections efficaces]] typiques de ≈ 10<sup>−33</sup> m²&thinsp;; * échange de photons (<math>\scriptstyle \gamma</math>)&thinsp;; * <math>\scriptstyle m_\gamma = 0</math>, donc portée <math>\scriptstyle R ~= ~\infty </math>(conséquence du principe d'incertitude). ==== Interaction faible ==== Les manifestations typiques de l'interaction faible sont&thinsp;: * La désintégration β du neutron, ex. <math>\scriptstyle n\to p+e^-+\bar{\nu}_e</math>&thinsp;; * La capture d’antineutrinos, ex. <math>\scriptstyle p+\bar{\nu}_e \to n+e^+</math>&thinsp;; * Les désintégrations hadroniques peuvent passer par les interactions faible, électromagnétique, ou forte, mais leur caractéristiques diffèrent suivant le mode de désintégration&thinsp;: {| border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" align="center" !align="center" |Interactions ! align="center" | faibles !align="center" |électromagnétiques !align="center" | fortes |- !align="center" |Réaction |align="center" |<math>\scriptstyle \Sigma^- \to n + \pi^-</math> |align="center" |<math>\scriptstyle \Sigma^0 \to \Lambda + \gamma</math> |align="center" |<math>\scriptstyle \Delta^{++} \to p + \pi^+</math> |- !align="center" |<math>\scriptstyle \Delta S</math> |align="center" |1 |align="center" |0 |align="center" |0 |- !align="center" |<math>\scriptstyle \Delta I</math> |align="center" |1/2 |align="center" |1 |align="center" |0 |- !align="center" |<math>\scriptstyle \tau</math> |align="center"|10<sup>-10</sup> s |align="center" |10<sup>-19</sup> s |align="center" |5 . 10<sup>-24</sup> s |} où <font style="vertical-align:+10%;"> <math>\scriptstyle \Delta S</math></font> est le changement du nombre quantique d’étrangeté, <font style="vertical-align:+10%;"> <math>\scriptstyle \Delta I</math></font> celui de spin isotopique, et <math>\scriptstyle \tau</math> est la vie moyenne ou durée des interactions. L'interaction forte doit conserver '''S''' et '''I''', l'électromagnétique '''S''', mais pas '''I''', et la faible, aucune des deux. D'où la possibilité pour l'une ou pour l'autre de dominer le processus. Les interactions faibles sont alors caractérisées par les propriétés suivantes&thinsp;: * mise en jeu de neutrinos, ou de quarks qui changent de saveur, c’est-à-dire des particules ayant une «&thinsp;charge faible&thinsp;»&thinsp;; * couplage faible (à l'échelle des protons)&thinsp;: <math>\scriptstyle\alpha_\mathrm{Fermi} = G_F m^2_p/ 4\pi(\hbar c)^3 \approx 10^{-6}</math>&thinsp;; * temps d’interaction et/ou vie moyenne typique de ≈ 10<sup>−8</sup>&thinsp;s&thinsp;; * [[section efficace]] de ≈ 10<sup>−44</sup>&thinsp;m²&thinsp;; * échange de bosons W<sup>±</sup> (courants chargés) et Z<sup>0</sup> (courant neutre); * m<sub>W</sub> = 80 GeV, donc portée R = 10<sup>−18</sup> m (toujours le principe d'incertitude). Les interactions électromagnétique et faible (électrofaibles) sont unifiées dans le modèle de [[Sheldon Glashow|Glashow]]-[[Steven Weinberg|Weinberg]]-[[Abdus Salam|Salam]] ([[1967 en science|1967]]). Mais à basse énergie, la [[mécanisme de Higgs|symétrie est brisée]] et les deux forces apparaissent bien distinctes. Les interactions faibles mettent en jeu un couplage faible g<sub>W</sub> et l’échange des [[boson de jauge|bosons de jauge]] [[boson W|W]]<sup>±</sup> et [[boson Z|Z]]<sup>0</sup>. Les réactions faibles sont caractérisées par une amplitude de probabilité de la forme&thinsp;: Amplitude ≈ g²<sub>W</sub>/(q² − M²<sub>W,Z</sub>) où q² est le carré de la [[Calculs relativistes#Le quadrivecteur énergie impulsion|quadri-impulsion]] transférée par l’échange du quantum. Dans la limite q² → 0, la théorie de Glashow-Weinberg-Salam se ramène à la théorie des interactions faibles de Fermi (1935), où les interactions impliquant quatre particules sont ponctuelles et de force G<sub>F</sub>, la constante de Fermi&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"> <math>\scriptstyle G_F / (\hbar c)^3 =</math> <math>\scriptstyle 1.1\times 10^{-5}~\mathrm{GeV}^{-2}</math></font>. Le modèle de Glashow-Weinberg-Salam a l’avantage sur la théorie de [[Fermi]] d’être renormalisable, c'est à dire d'avoir un comportement calculable à haute énergie (aux masses des W et Z et au-dessus). C’est aussi un exemple d’unification de forces (faible et e. m.). ==== Interaction électrofaible ==== L'interaction électrofaible est l'interaction qui unifie l'électromagnétisme et l'interaction faible. ==== Interaction forte ==== L' interaction forte est fréquente dans les collisions de [[hadron]]s à haute énergie. Elle implique, au niveau fondamental, les interactions entre quarks et [[gluon]]s. On les retrouve par exemple dans la collision <math>\scriptstyle K^- + p \to \Sigma^0</math> dont la durée est d’environ τ&nbsp;=&nbsp;10<sup>−23</sup>&nbsp;s. Les interactions fortes sont caractérisées par les propriétés suivantes&thinsp;: * échange de particules portant une charge de couleur (quarks et/ou gluons)&thinsp;; * couplage très fort&thinsp;: α<sub>s</sub>&thinsp;≈&thinsp;1&thinsp;; * temps d’interaction et/ou vie moyenne typique de ≈&thinsp;10<sup>−23</sup>&thinsp;s&thinsp;; * section efficace typique de ≈&thinsp;10<sup>−30</sup>&thinsp;m²&thinsp;; * confinement des [[quark]]s et [[gluon]]s&thinsp;; * [[liberté asymptotique]]&thinsp;; * portée effective de R = 10<sup>−15</sup>&thinsp;m en raison du confinement. ==== Interaction gravitationnelle ==== Il n’existe pas actuellement une théorie de la [[gravité quantique]] satisfaisante du point de vue de la [[phénoménologie]] bien que la [[théorie des supercordes]] soit un bon candidat (la [[gravitation quantique à boucles]] cependant ne propose pas d'unifier la gravitation avec les autres interactions du [[modèle standard (physique)|modèle standard]]). Par contre, une théorie quantique gravitationnelle devrait posséder les caractéristiques suivantes&thinsp;: * impliquer tout ce qui possède une énergie-masse et qui donc modifie la [[métrique]] de l'espace-temps (tenseur énergie-impulsion)&thinsp;; * avoir un couplage très faible au niveau subatomique: le couplage typique entre deux protons est α<sub>G</sub>&thinsp;=&thinsp;G<sub>N</sub>m²<sub>p</sub>&thinsp;/4π&thinsp;=&thinsp;4.6&thinsp;×&thinsp;10<sup>−40</sup>&thinsp;; * le graviton, boson d’interaction de spin 2 correspond à une fluctuation quantique de la métrique&thinsp;; * masse nulle du [[graviton]], la [[gravitation]] ayant une portée infinie. === Tableau récapitulatif === {| border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" align="center" | rowspan="19" | particules <br>élémentaires | rowspan="12" |[[fermion]]s | rowspan="6" |[[lepton]]s | rowspan="3" | Chargés |[[électron]]&thinsp;: <math>\scriptstyle e^-</math> |- |[[muon]]&thinsp;: <math>\scriptstyle \mu^- </math> |- |[[tauon]]&thinsp;: <math>\scriptstyle\tau^- </math> |- | rowspan="3" | [[Neutrino]]s | électronique&thinsp;: <math>\scriptstyle \nu_e</math> |- | muonique&thinsp;: <math>\scriptstyle \nu_\mu</math> |- | tauonique&thinsp;: <math>\scriptstyle \nu_\tau</math> |- | rowspan="6" |[[quark]]s | rowspan="3" |Charge +2/3 | up&thinsp;: <math>\scriptstyle u</math> |- | charm&thinsp;: <math>\scriptstyle c</math> |- | top&thinsp;: <math>\scriptstyle t</math> |- | rowspan="3" |Charge -1/3 | down&thinsp;: <font style="vertical-align:+10%;"> <math>\scriptstyle d</math></font> |- | strange&thinsp;: <math>\scriptstyle s</math> |- | bottom/beauty&thinsp;: <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle b</math></font> |- | rowspan="7" |[[bosons]] | rowspan="5" |bosons <br>de jauge | rowspan="4" |Interaction<br>électrofaible |[[photon]]&thinsp;: <math>\scriptstyle\gamma </math> |- |[[Boson Z]]&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle Z^0</math></font> |- |[[Boson W]]-&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle W^-</math></font> |- |[[Boson W]]+&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle W^+</math></font> |- |Int. forte || [[gluon]] |- | rowspan="2" |bosons <br>hypothétiques |Gravitation||[[graviton]] |- |Int. él.-faible||[[boson de Higgs]] |- | rowspan="23" |particules <br>composées <br>([[hadron]]s) | rowspan="13" |[[baryon]]s <br>([[fermion]]s) | rowspan="4" | «&thinsp;légers&thinsp;» | rowspan="2" | [[nucléon]]s |[[neutron]]&thinsp;: <math>\scriptstyle n</math> |- |[[proton]]&thinsp;: <math>\scriptstyle p</math> |- | rowspan="2" | Autres |Delta&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle \Delta^{++}~ \ldots ~\Delta^-</math></font> |- | align="center" |'''&hellip;''' |- | rowspan="4" | [[hypéron]]s | rowspan="2" | S = 1 |Lambda&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle \Lambda^0</math></font> |- |Sigma&thinsp;: <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle \Sigma^+,\,\Sigma^0,\,\Sigma^-</math></font> |- | S = 2 || Xi&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle \Xi^0,\,\Xi^-</math></font> |- | S= 3 || Omega&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle \Omega^-</math></font> |- |rowspan="4" | baryons<br>charmés C=1 | rowspan="2" | S=0 | Lambda-C&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle \Lambda_c^+</math></font> |- | Sigma-C&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle \Sigma_c^{++},\,\Sigma_c^+,\,\Sigma_c^0</math></font> |- | S = 1 || Xi-C&thinsp;: <font style="vertical-align:+20%;"><math>\scriptstyle \Xi_c^+,\,\Xi_c^0</math></font> |- | S = 2 || Omega-C&thinsp;: <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle \Omega_c^0</math></font> |- | Baryons<br> bottom || B=1 || Lambda-B&thinsp;: <math>\scriptstyle \Lambda_b^0</math> |- | rowspan="9" |[[méson]]s <br>([[boson]]s) | rowspan="5" | «&thinsp;Légers&thinsp;» | rowspan="4" | S = 0 |[[Pion (particule)|pion]]&thinsp;: <math>\scriptstyle \pi^+,\,\pi^0,\,\pi^-</math> |- |[[Méson êta|êta]]&thinsp;: <math>\scriptstyle \eta^0</math> |- |[[Méson rho|rho]]&thinsp;: <math>\scriptstyle \rho^+,\,\rho^0,\,\rho^-</math> |- |[[Méson phi|phi]]&thinsp;: <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle \phi^0~(s\bar{s})</math></font> |- | S = 1|| [[kaon]]&thinsp;: <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle \bar{K}^0\,(s\bar{d}),~K^-\,(s\bar{u})</math></font> |- | rowspan="2" | Charmés | «&thinsp;Apparent&thinsp;»|| [[Méson D]]&thinsp;: <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle D^+\,(c\bar{d}),~D^0\, (c\bar{u})</math></font> |- | «&thinsp;Caché&thinsp;» ||[[Méson J/&psi;]]&thinsp;: <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle J/\psi^0\, (c\bar{c})</math></font> |- | rowspan="2" |Bottom | «&thinsp;Apparent&thinsp;»|| [[Méson B]]&thinsp;: <font style="vertical-align:+10%;"><math>\scriptstyle B^0\,(b\bar{d}),~B^-\, (b\bar{u})</math></font> |- | «&thinsp;Caché&thinsp;»||[[Méson upsilon]]&thinsp;: <math>\scriptstyle \Upsilon^0\,(b\bar{b})</math> |- | colspan="4" align="center" | et bien d'autres '''&hellip;''' |} == Modèle standard == L'état actuel de la classification des particules élémentaires s'appelle le «&thinsp;modèle standard&thinsp;». Il décrit les [[Interaction élémentaire|forces fondamentales]]&thinsp;: [[interaction forte|fortes]], [[interaction faible|faibles]], et [[électromagnétisme|électromagnétiques]] en utilisant des [[boson]]s médiateurs connus sous le nom de [[boson de jauge]]. Les bosons de jauge sont respectivement les [[gluon]]s, les bosons [[boson W|W<sup>±</sup>]] et [[boson Z|Z]] et le [[photon]]. Le modèle contient également 12 particules fondamentales qui sont les constituants de la [[matière]]&thinsp;: les [[quark]]s et les [[lepton]]s, et leurs antiparticules. Il prévoit aussi l'existence d'un type de boson connu sous le nom de [[boson de Higgs]], mais qui n'a pas encore été observé en 2007. == Principales interactions avec la matière == Selon leur nature et leur énergie, les particules interagiront différemment avec la matière. Ces interactions sont les suivantes&thinsp;: === Particules chargées === ==== Particules légères&thinsp;: électrons, positrons ==== * [[Bremsstrahlung]] (rayonnement de freinage), dominant au-delà de 10 MeV. * [[Diffusion inélastique]] avec les atomes (cortège électronique). * [[Diffusion élastique]] avec les noyaux. * [[Effet Tcherenkov|Rayonnement Tcherenkov]]. * Réactions nucléaires (faible contribution). ==== Particules lourdes&thinsp;: muons, protons, alpha, pions ==== * [[Diffusion inélastique]] avec les atomes (type d'interaction dominant). * [[Diffusion élastique]] avec les noyaux&thinsp;: peu d’énergie transférée, car les particules sont plus légères que le noyau. * [[Effet Tcherenkov|Rayonnement Tcherenkov]]. * Réactions nucléaires. * [[Bremsstrahlung]]. === Particules non chargées === ==== Photons ==== Contrairement aux particules chargées qui déposent leur énergie de manière continue le long de leur trajectoire, les interactions des photons sont localisées. Lorsqu'ils traversent un milieu, les photons traversent une certaine distance sans être affectés puis déposent brutalement de l'énergie par les interactions suivantes&thinsp;: * [[Effet photoélectrique]]. * [[Diffusion Compton]]. * Production de paires <font style="vertical-align:+15%;"> <math>\scriptstyle e^-e^+</math></font>. * Réactions nucléaires (faible contribution). La probabilité de produire une interaction est constante le long de la trajectoire, et par suite le nombre de photons survivants décroît en série géométrique (exponentielle) le long de la distance parcourue. La fraction des photons qui subsistent après avoir traversé une distance x est e<sup>-µx</sup> où µ est le coefficient d'absorption, exprimé en cm<sup>-1</sup>. C'est la somme des coefficients d'absorption des différentes interactions pour les divers composants du matériau. L'absorption peut être paramétrée plus commodément par le coefficient d'atténuation massique µ/ρ exprimé en cm²/g, sensiblement indépendant de la densité ρ du matériau absorbant, et ne dépendant plus que de sa composition. ==== Neutrons ==== * [[Diffusion élastique]]&thinsp;; * [[Diffusion inélastique]]&thinsp;; * [[Capture nucléaire]]&thinsp;; * [[Réactions nucléaires]]&thinsp;: (n, 2n), (n, α), (n, xn), (n,p)&thinsp;; * [[Fission nucléaire]]. ==== Neutrinos ==== * interactions électrofaibles (création de [[lepton]]s). Très faibles à basse énergie, elles croissent vite en fonction de l'énergie. == Production et détection des particules == Les études sur les particules ont débuté par l'étude des rayonnements émis par les substances radioactives, et avec des [[détecteur de particules|détecteurs de particules]] portatifs ou de table permettant de détecter plusieurs particules élémentaires à [[Atmosphère normalisée|TPN]]. Pour détecter d'autres particules, il faut modifier le niveau d'énergie. On a eu tout d'abord recours à l'observation des [[rayon cosmique|rayons cosmiques]], en altitude pour diminuer la dégradation causée par la traversée de l'atmosphère. Ceci a permis d'améliorer substantiellement les détecteurs, car il fallait augmenter leur surface, compte tenu du faible nombre de cosmiques intéressants. On s'est alors tourné vers la construction des [[accélérateur de particules|accélérateurs de particules]], fournissant un faisceau homogène et bien calibré de particules dont on a progressivement su augmenter l'énergie. Parallèlement, les détecteurs ont progressé, afin d'étudier les interactions des particules ainsi produites. Actuellement, les expériences de physique des particules sont menées par des équipes en collaborations internationales, qui se chargent de la construction des détecteurs spécifiques au genre d'expérimentation souhaité, et les installent auprès d'accélérateurs construits également par des collaborations internationales puissantes. Les principaux sites d'accélérateurs internationaux sont: * le [[CERN]] (Organisation Européenne de Recherche Nucléaire), situé sur la frontière franco-suisse, près de [[Genève]]. Ses équipements principaux sont le [[Super Proton Synchrotron]], un accélérateur circulaire desservant le LHC ainsi que plusieurs expériences, le [[Large Electron Positron|LEP]], un grand collisionneur d'électrons et de positrons aujourd'hui démantelé, ainsi que le [[Large Hadron Collider|LHC]], un grand collisionneur de protons, qui doit entrer en service en 2008 dans l'ancien tunnel du LEP. * le [[DESY]] (Deutsche Elektronen Synchrotron), situé à [[Hambourg]], en [[Allemagne]]. Son installation principale est HERA, où l'on provoque des collisions entre des électrons ou des positrons et des protons. * le [[SLAC]] (Stanford Linear Accelerator Center), situé près de [[Palo Alto]], aux [[États-Unis]]. Son installation principale est PEP-II (collisions d'électrons et de positrons). * le [[Fermilab]] ou FNAL (Fermi National Accelerator Laboratory), situé près de [[Chicago]], aux États-Unis. Son installation principale est le Tevatron (collisions de protons et d'antiprotons). * Le [[Laboratoire national de Brookhaven]], ou BNL, situé à [[Long Island]], aux États-Unis. Son installation principale est le ''Relativistic Heavy Ion Collider'', où l'on étudie des collisions entre des [[ion]]s lourds tels que des ions d'or et des protons. De nombreux autres [[accélérateurs de particules]] existent. == Voir aussi == === Articles connexes === * [[Liste de particules]] * [[Physique atomique]] * [[Rayonnement ionisant]] * [[Particule subatomique]] * [[Particule fondamentale]] * [[Modèle standard (physique)|Modèle standard]] * [[Théorie des groupes]] * [[Physique nucléaire]] * [[Neutrino]] * [[Muon]] * [[Tachyon]] ===Liens externes=== * [http://www.toutsurlaphysique.fr/src/articles/chronoatome/chronoatome.html Chronologie], ''ToutSurLaPhysique'' == Notes et Références == <references /> == Bibliographie récente == * Les particules élémentaires (suites d'articles) , ''Les Dossiers de la Recherche'' , n° 23 - mai-juillet 2006 * Jean Iliopoulos , Dépasser le modèle standard , ''Pour La Science'' , n° 361 , novembre 2007, pp 90-96 * Daniel Vignaud, De neutrinos en neutrinos, ''Pour La Science'' , n° 361 , novembre 2007, pp 106-107 ---- {{Physique (branches)}} {{portail physique}} {{Lien AdQ|sl}} [[Catégorie:Physique des particules| ]] {{Lien BA|es}} [[ar:فيزياء الجسيمات]] [[bg:Физика на елементарните частици]] [[bn:কণা পদার্থবিজ্ঞান]] [[bs:Fizika elementarnih čestica]] [[ca:Física de partícules]] [[cs:Fyzika částic]] [[da:Partikelfysik]] [[de:Teilchenphysik]] [[el:Σωματιδιακή Φυσική]] [[en:Particle physics]] [[eo:Partikla fiziko]] [[es:Física de partículas]] [[eu:Partikulen fisika]] [[fa:فیزیک ذرات]] [[fi:Hiukkasfysiikka]] [[gl:Física de Partículas]] [[he:פיזיקת חלקיקים]] [[hr:Fizika elementarnih čestica]] [[hu:Részecskefizika]] [[ia:Physica de particulas]] [[id:Fisika partikel]] [[is:Öreindafræði]] [[it:Fisica delle particelle]] [[ja:素粒子物理学]] [[ka:ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა]] [[ko:입자물리학]] [[ku:Fîzîka keriyan]] [[la:Physica particularum elementariarum]] [[lt:Dalelių fizika]] [[ml:കണികാഭൗതികം]] [[ms:Fizik zarah]] [[nl:Deeltjesfysica]] [[no:Partikkelfysikk]] [[pl:Fizyka cząstek elementarnych]] [[pt:Física de partículas]] [[ro:Fizica particulelor]] [[ru:Физика элементарных частиц]] [[simple:Particle physics]] [[sk:Fyzika častíc]] [[sl:Fizika osnovnih delcev]] [[sv:Partikelfysik]] [[th:ฟิสิกส์พลังงานสูง]] [[tr:Parçacık fiziği]] [[uk:Фізика елементарних частинок]] [[ur:ذراتی طبیعیات]] [[vi:Vật lý hạt]] [[zh:粒子物理學]]