Les grands thèmes de la physique des particules

Des plus petits constituants de la matière aux symétries les plus profondes de l'univers — un panorama du plus simple au plus complexe.

01 · Fondamentaux

Les particules élémentaires

Qu'est-ce que la matière, dans son détail le plus infime ? Quarks, leptons et bosons sont les briques indivisibles dont tout est fait — des atomes aux étoiles. Aucun microscope au monde n'est assez puissant pour les observer directement.

Découverte

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02 · Forces

Les quatre forces fondamentales

Gravitation, électromagnétisme, interaction forte et interaction faible — ces quatre forces gouvernent l'univers tout entier. Chacune est véhiculée par ses propres particules médiatrices et agit à une échelle bien différente.

Fondamentaux

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03 · Modèle

Le modèle standard

L'image la plus complète de la physique dont nous disposions : 17 particules, quatre interactions, une seule théorie. Le modèle standard décrit avec une précision impressionnante presque tout — sauf la gravitation et la matière noire.

Intermédiaire

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04 · Phénomènes

Effets quantiques

Fentes de Young, effet tunnel, intrication, téléportation — quatre expériences dont les résultats contredisent toute intuition ordinaire, et qui restent pourtant parfaitement reproductibles. De quoi basculer entre les différents états expérimentaux.

Intermédiaire

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05 · Théorie

Théorie quantique des champs

Les particules ne sont pas de petites billes, mais des excitations de champs quantifiés qui imprègnent tout l'espace. Un photon est une vibration du champ électromagnétique — partout à la fois, jusqu'à ce qu'on le mesure.

Avancé

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06 · Symétrie

Symétries & lois de conservation

Le théorème d'Emmy Noether relie chaque symétrie continue à une grandeur conservée : invariance temporelle → conservation de l'énergie, translation spatiale → conservation de l'impulsion. La symétrie est la raison la plus profonde derrière les lois de la nature.

Avancé

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07 · Force forte

Confinement des quarks & QCD

Les quarks n'existent jamais seuls — la force qui les lie croît avec la distance, comme un élastique. Si l'on tente de séparer deux quarks, l'énergie ainsi accumulée fait aussitôt naître une nouvelle paire quark-antiquark. La chromodynamique quantique décrit cette charge de couleur au moyen de huit types de gluons.

Avancé

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08 · Unification

L'unification électrofaible

À très haute énergie, l'électromagnétisme et l'interaction faible fusionnent en une seule force — l'interaction électrofaible. Weinberg, Salam et Glashow ont montré que γ, W± et Z sont des manifestations différentes d'une seule et même théorie.

Complexe

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09 · Higgs

Le mécanisme de Higgs

Pourquoi les particules ont-elles une masse ? Le champ de Higgs imprègne tout l'espace et brise spontanément la symétrie électrofaible. Les particules qui interagissent avec lui en acquièrent une masse inertielle. Le boson de Higgs est l'excitation de ce champ — mis en évidence au CERN en 2012.

Complexe

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10 · Limites

Au-delà du modèle standard

Le modèle standard n'explique ni la matière noire, ni la gravitation au niveau quantique, ni la dominance de la matière sur l'antimatière dans l'univers. Supersymétrie, théorie des cordes et théories de grande unification cherchent le niveau encore plus profond — sans preuve expérimentale à ce jour.

Avant-garde

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