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Physique
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Modèle Standard (up)
Comme son nom l'indique, le Modèle Standard est un modèle de la physique des particules, c'est-à-dire un cadre théorique aux observations, un intermédiaire entre les calculs et l'expérimentation. C'est pour l'instant celui qui marche le mieux même s'il possède quelques failles (certains physiciens vicieux s'échinent même à traquer avec espoir des faits qui détruiraient tout l'édifice, afin de pouvoir de nouveau faire marcher leur imagination !)
Au début des années soixante, des dizaines de particules sont découvertes dans les accélérateurs et il faut bien trouver un modèle auquel les intégrer. C'est ainsi qu'est né le Modèle Standard, qui s'est beaucoup amélioré depuis, afin de se plier aux faits expérimentaux nouveaux. Il désigne aujourd'hui un ensemble de quelques modèles spécifiques à chaque type de particule, ce qui en fait quelque chose de fragile et très lourd théoriquement, mais que je vais tout de même tenter de vous décrire succintement.Le Modèle est fondé principalement sur la distinction entre bosons et fermions. Pour commencer avec les analogies, je dirais que les premiers se comportent comme des moutons de Panurge (ils aiment bien être nombreux dans le même état) alors que les seconds seraient plutôt des loups (ils ne supportent pas de se ressembler). Cette distinction faite, on peut s'intéresser aux sous-familles suivantes.
Les fermions constiuent les briques de la matière ; ils englobent les leptons et les quarks,
- six leptons (dont trois neutrinos)
- six quarks dont la charge est une fraction de celle de l'éléctron Au total douze particules fondamentales que l'on classe en trois familles.Les bosons servent à lier les fermions entre eux comme le ciment sert à lier les briques d'un mur. Les bosons “élémentaires” sont appelés bosons de jauge. A chacun des bosons de jauge est associée une interaction fondamentale dont la portée et l'intensité sont plus ou moins grande.
Une classe de particule est à part, car à cheval entre bosons et fermions : c'est celle des hadrons. Les hadrons correspondent à des combinaisons entre quarks et bosons de jauge. Les combinaisons possibles sont très nombreuses et on a pu fabriquer à ce jour plus de 300 hadrons différents. Ils sont tellements nombreux qu'il a fallu trouver un modèle ingénieux pour les classer.
- Une première méthode consiste simplement à séparer les mésons (constitués d'une paire quark-antiquark et appartenant à la classe des bosons du fait de leur spin entier), des baryons (qui comportent trois quarks et appartiennent à la classe des fermions car leur spin est demi-entier).
- Une autre méthode plus fine fondée sur la symétrie (qui offre des outils mathématiques très puissants, notamment avec la théorie des groupes) donne les drôles de figures que j'ai essayé tant bien que mal de reproduire dans le tableau. La recette est en gros la suivante : vous prenez les n propriétés qui caractérisent vos hadrons (masse, spin, charge, “couleur”, hypercharge...) auxquelles vous faites correspondre n axes dans un espace abstrait à n dimensions. Puis vous placez vos particules au bon endroit (on a alors des propriétés particulières liées aux polygones à n dimensions ainsi formés dont je ne parlerai pas ici).Parmi les hadrons produits dans les accélérateurs, ou nous parvenant de l'espace via les rayons cosmiques, certains ont une durée de vie tellement courte qu'ils sont inobservables directement ; on les a appelé résonances (ce sont d'ailleurs les plus nombreux). Mais si on en reste à la matière ordinaire qui nous entoure (le petit-salé de la cantine par exemple), on ne trouve que deux hadrons (le proton et le neutron) plus un leptons (l'électron), le tout assaisonné par les quatre interactions.
Cette classification paraît cependant beaucoup trop compliquée à certains théoriciens qui pensent que la nature est bien plus simple que ça. Leur but est avant tout d'unifier les quatre forces fondamentales, ce qui impose de modifier tout le modèle. Je vous ai indiqué (en bas à gauche du tableau) ces théories aux noms évocateurs : théorie électrofaible, GUT, SUSY, super-gravité, super-cordes (bravo Joël !), super-membranes... Tout cela est très joli théoriquement, l'ennui c'est qu'on n'a pas pu prouver que c'est vrai (c'est-à-dire en observer une conséquence expérimentale). C'est ainsi que le boson de Higgs, qui sous-tend la théorie électrofaible, n'a toujours pas été détecté jusqu'à aujourd'hui (mais ça ne saurait tarder...).
© Cet article que j’avais écrit pour Virus a paru en juin 1998
Equations de Maxwell (up)
Dans son livre le Quark et le Jaguar (chez Albin Michel), Murray Gell-Mann insiste — à juste titre — sur la concision du langage mathématique en physique. Il prend pour exemple les lois de l’électromagnétisme de Maxwell que l’on écrit aujourd’hui en deux lignes au lieu de huit !
La théorie des cordes et des membranes, Dieter Lüst (up)
Notes personnelles sur la conférence à la faculté de physique de Darmstadt le 15.02.2003
La dure réalité du temps, Etienne Klein (up)
Notes personnelles sur la conférence à la BNF en 2000
Problèmes posés par le temps
Ces problèmes peuvent se ramener à la difficulté d’appréhender le présent. On confond le temps avec le mouvement et donc en général les réflexions sur le temps sont confuses
Topologie du temps
Temps en physique possède une dimension. Sa topologie est beaucoup plus simple que celle de l'espace : deux topologies sont possible, celle du cercle ou celle de la droite
Le voyage dans le temps n’est pas possible avec un temps linéaire (avec un temps cyclique c'est possible). Le principe de causalité a eu des problèmes de compatibilité avec l'antimatière : nécessité d'orienter le temps
Tradition classique
La physique a essayé de se soustraire du temps. La métaphore du fleuve est limitée : qu’est-ce qui constitue le lit de la rivière ? Par rapport à quoi le temps s'écoule-t-il ?
Pour Newton t -> -t ne change rien
Pourtant si les lois fondamentales sont réversibles la réalité reste irréversible. D’où la notion de flèche du temps
Pas de cosmologie newtonienne (car le temps s'écoule uniformément)
Boltzmann
Avec l'entropie, Boltzmann a réussi à faire le lien entre réversibilité et irréversibilité (il n'y a pas de flèche du temps fondamentale et on a l'illusion d'en percevoir une macroscopiquement)
Prygogine -> le contraire (flèche du temps microscopique). K0S,L : première observation de flèche du temps microscopiquela Relativité restreinte
Il reste une incompatibilité entre mécanique newtonienne et électromag en relativité restreinte :
Réponse : le temps dépend de l'espace
ex : la simultanéité est absolue chez Newton mais pas chez Einstein. Grace à la relativité restreinte, le principe de causalité reste conservé en devenant local (passé et futur restent absolus)
Pour les particules élémentaires, le sens du temps n'importe pas (le sens du temps est arbitraire).Le vide
C’est une notion tout aussi difficile à appréhender. La notion de vide est relative à la théorie envisagée (quantique, relativité)
Vide de la relativité restreinte =vide newtonien
Vide de la relativité générale = néant ?
Vide quantique = contient encore des particules virtuelles
Reynolds - Peclet (up)
Nombre de Reynolds : efficacité relative de la convection et de la diffusion pour la vitesse
Nombre de Peclet : efficacité relative des effets des écoulements et de la diffusion sur le transport
Théorèmes de Noether (up)
Curiosités (up)