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Physique des particules élémentaires

La question de savoir de quoi est constituée la matière à l’échelle la plus élémentaire et quel rôle y jouent les interactions fondamentales a toujours excité la curiosité des hommes. Ceci est d’autant plus vrai depuis que nous savons que le domaine de la physique des particules élémentaires a constitué une étape très importante dans l’évolution de notre univers primordial. Les études de l’infiniment petit doivent aussi permettre de mieux comprendre l’infiniment grand.

Il sera question dans ce cours des constituants élémentaires comme les quarks ou les leptons et des différentes forces qui leur sont associées comme l’électromagnétisme, les interactions fortes et faibles. Cet ensemble que l’on nomme le « modèle standard » ne peut être décrit et compris sans le cadre étrange et fascinant de la théorie quantique à laquelle il faut rajouter les concepts de la mécanique relativiste. Un exemple particulier illustre parfaitement l’aspect mystérieux des particules élémentaires : les neutrinos. Ces particules sont produites en quantité gigantesque aussi bien au cœur du soleil que dans les réacteurs des centrales nucléaires ou dans les couches supérieures de notre atmosphère. Ils n’interagissent avec rien, possèdent une masse quasi nulle et ne sont pas chargés. Ceci n’empêche pas les physiciens d’étudier ces fantômes de l’infiniment petit en les faisant par exemple « osciller » sur des distances de plus de 290 kilomètres.

Une partie importante du cours sera consacrée aux concepts (symétrie, lois de conservation, degrés de liberté interne et dimensions supplémentaires, …) de la physique moderne utilisée avec succès dans l’infiniment petit, aux résultats spectaculaires obtenus auprès des accélérateurs de particules et aux grandes questions fondamentales que l’on continue à se poser après plus de quatre-vingts années de recherche. La mise en évidence expérimentale et sa compréhension théorique de la différence entre la matière et l’antimatière représente un exemple d’enjeu majeur de recherche dans ce domaine de la physique. Notre univers primordial a dû produire une quantité égale de matière et d’antimatière. Se pose alors la question de la « disparition » de l’antimatière dans notre univers actuel qui illustre parfaitement les liens étroits entre la physique des deux infinis.

L’ambition de ce cours est d’introduire de façon simple les concepts de la physique des particules élémentaires sans faire appel à des développements théoriques compliqués. L’enseignement du cours de mécanique quantique de première et deuxième années est suffisant pour suivre ce cours sans effort particulier.


Référence bibliographique :Introduction to subatomic physics

• • by André Rougé (2005)

• • Detailed sheet
  • Table of contents

Available on: Editions de l'Ecole Polytechnique.

 

Course language: French