le monde des particules. plan 1. plongée au cœur de la matière a) de quoi le monde est-il fait?...
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Le monde des particules
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Plan
1. Plongée au cœur de la matièrea) De quoi le monde est-il fait?
Les particules
b) Comment tout cela tient-il ensemble?
Les interactions
2. Encore plus...de particules3. Le problème de la masse4. Perspectives…
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1. Plongée au cœur de la matière
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La quête du fondamentalDepuis la nuit des temps, l'homme cherche à appréhender les briques « fondamentales » de son univers
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La quête du fondamentalDepuis la nuit des temps, l'homme cherche à appréhender les briques « fondamentales » de son univers
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La quête du fondamentalDepuis la nuit des temps, l'homme cherche à appréhender les briques « fondamentales » de son univers
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Indivisible?
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a) De quoi le monde est-il fait?
Les Grecs :
feu terre air quintescence eau
Le tableau des éléments
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Les atomes : le monde quantique!
10-10 m
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L'atome
10-10 m
Exemple : la largueur d'un cheveu contient un million d'atomes de carbone!
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Structure de l’atome
L'électron
Le noyau : 10-14 mOrdre de grandeur :Si le noyau avait la taille d'une balle de tennis le premier électron se trouverait à 6 km!!
Petit mais Massif!
10 000 fois plus petit!
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Structure du noyau
Proton
Neutron
10-15 m
Nucléon = Proton ou Neutron.Attention !MProton < MNeutron
MProton =1800 Me
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Structure des nucléons
Proton :2 quarks up1 quark down
Neutron :1 quark up2 quarks down
Attention !Mu =2 Md Mu=2 Me
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Structure des nucléons
Attention !Ici, la masse des quarks est une faible proportion de la masse du nucléon.La masse des nucléons est essentiellement due à l'interaction forte!!
Particules ponctuelles!
Charges fractionnaires!Up : +2/3
Down =: -1/3
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Plan
1. Plongée au cœur de la matièrea) De quoi le monde est-il fait?
Les particules
b) Comment tout cela tient-il ensemble?
Les interactions
2. Encore plus...de particules3. Le problème de la masse4. Perspectives…
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b) Comment tout cela tient-il ensemble?
L'interaction gravitationnelle
Masse
Les interactions à longue portée
Interaction gravitationnelle
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b) Comment tout cela tient-il ensemble?
Gravitation = courbure?
Interaction gravitationnelle
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Interactions fondamentales
• Interaction : Echange d’énergie et de quantité de mouvement entre deux fermions via un médiateur
Fermion : « Matière »Boson : « Interaction »
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L'interaction électromagnétique
-
+
Le photon γ
Mγ = 0
Charge électrique
Interaction gravitationnelle
Interaction électromagnétique
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L'interaction forte
Les gluons g
Mg = 0
3 Charges de Couleur !
Les interactions à courte portée
Interaction gravitationnelle
Interaction forte
Interaction électromagnétique
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L'interaction forte
Les nucléons sont blancs !
0 0
+ -
+ -
n
p
Les hadrons sont blancs => courte portée
Interaction gravitationnelle
Interaction forte
Interaction électromagnétique
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Désintégration β
Neutre & Blanc
Interaction gravitationnelle
Interaction faible
Interaction forte
Interaction électromagnétique
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L'interaction faible
• Au niveau fondamental : Echange de W-, W+ et Z0
Portée limitée par la masse des bosons.
νe
ud
e-
W+
νe
dd
νe
Z0
Interaction gravitationnelle
Interaction faible
Interaction forte
Interaction électromagnétique
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4 interactions fondamentales!
• Interaction électromagnétique• Interaction forte• Interaction faible
• Et ... la gravitation...
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Plan
1. Plongée au cœur de la matièrea) De quoi le monde est-il fait?
Les particules
b) Comment tout cela tient-il ensemble?
Les interactions
2. Encore plus...de particules3. Le problème de la masse4. Perspectives…
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2. Encore plus ... de particules
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Particules et Antiparticules
A toute particule est associée une antiparticule
Masse, temps de vie, ...
Charge opposée
Électron Positron
Neutrino Anti-neutrino
Quark Anti-quark
...
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Les Hadrons : états liés de quarks
Les Nucléons : 3 quarks
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Les Hadrons : états liés de quarks
Les Nucléons : 3 quarksFortement liés!
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Les Hadrons : états liés de quarks
Les Nucléons : 3 quarksFortement liés!
Les Mésons : 2 quarksPions, Kaons, ...
Exemples :
Bleu - AntiBleu
Rouge-AntiRouge
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Pas de quark libre!
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Créer des particules La Seule Formule!
Relativité restreinteEnergie de masse E=mc2
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Les unités de la physique des particules
Remarque : – L’unité d’énergie en physique des particules
est l’électron-volt:1 eV = 1,6.10-19 J
– On utilise également le KeV, le MeV, le GeV et le TeV
– 100 TeV = Energie dépensée par un moustique pour s’élever de 1m!
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Les particules fondamentales
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Plan
1. Plongée au cœur de la matièrea) De quoi le monde est-il fait?
Les particules
b) Comment tout cela tient-il ensemble?
Les interactions
2. Encore plus...de particules3. Le problème de la masse4. Perspectives…
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3. Le problème de la masse
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Le boson de Higgs
Symétrie des interactions faibles
W, Z , fermions sont de masse nulle
Brisure de la symétrieMais spontanée...
Principe de Symétrie
Photon et Gluonsde masse nulle!
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Le boson de Higgs
• Prédiction d'une nouvelle • particule fondamentale!
• P. Higgs mais aussi
• G. Guralnik, C. Hagen, T. Kibble, F. Englert, R. Brout
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Phénomène de Higgs
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Phénomène de Higgs
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Phénomène de Higgs
• Origine de la masse!
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Particule de Higgs
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Particule de Higgs
• Le boson de Higgs est une excitation!
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Hiérarchie
me = 0.511MeV m
t = 172GeV
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Plan
1. Plongée au cœur de la matièrea) De quoi le monde est-il fait?
Les particules
b) Comment tout cela tient-il ensemble?
Les interactions
2. Encore plus...de particules3. Le problème de la masse4. Perspectives…
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4. Perspectives…
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Les mystères non résolus
• Pourquoi les particules d’une même « famille » ont-elles des masses si différentes ?
• Les trois interactions fondamentales sont-elles réellement différentes ? S’unifient-elles à très haute énergie ?
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Les problèmes théoriques
• Pourquoi les quarks sont-ils confinés par 2 ou 3?
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Les problèmes théoriques
Comment inclure la gravitation?Super Cordes?
• Boucles quantiques?Extra dimensions?
• Fausses pistes
controversescontroverses......
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… et bien d’autres questions qui attendent les générations
de physiciens à venir !!!