Modèle standard (physique des particules) - Définition

Introduction

Mécanique quantique

Postulats de la mécanique quantique Histoire de la mécanique quantique Concepts fondamentaux État quantique · Superposition · Observable · Intrication · Mesure · Principe d'incertitude · de correspondance · Dualité · Décohérence Expériences Fentes de Young · Expérience de Stern et Gerlach · Chat de Schrödinger · Gomme quantique · Paradoxe EPR · Téléportation quantique · Expérience d'Aspect Formalisme Notation Bra-Ket · Équation de Schrödinger · Matrice densité · Représentation de Schrödinger · de Heisenberg · d'interaction Statistiques Maxwell-Boltzmann · Échange · Fermi-Dirac · Fermion · Bose-Einstein · Boson Théories avancées Théorie quantique des champs · Axiomes de Wightman · Électrodynamique quantique · Chromodynamique quantique · Gravité quantique · Diagramme de Feynman Interprétations Problème de la mesure · Copenhague · Ensemble · Variables cachées · Transactionnelle · Mondes multiples · Histoires consistantes · Logique quantique · Réduction par l'observation (consciente) Physiciens Planck · de Broglie · Schrödinger · Heisenberg · Bohr · Pauli · Born · Dirac · von Neumann · Einstein · Bohm · Feynman · Everett · Penrose

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Le modèle standard de la physique des particules est une théorie qui décrit les interactions forte, faible et électromagnétique, ainsi que l'ensemble des particules élémentaires qui constituent la matière. Développé entre les années 1970 et 1973, c'est une théorie quantique des champs qui est compatible avec les principes de la mécanique quantique et de la relativité. En 2008, l'ensemble des tests expérimentaux des trois forces fondamentales décrites par le modèle standard ont révélé un bon accord avec les prédictions. Une simulation sur ordinateur d'une durée de trois ans a révélé en 2008 une adéquation aux observations meilleure encore que ce qui était supposé. Pour autant, le modèle standard ne constitue pas une théorie complète des interactions fondamentales, principalement parce qu'il ne décrit pas la force de gravitation.

Le modèle standard possède 19 paramètres libres (dont 10 pour décrire les paramètres de masse des neutrinos) qui décrivent entre autres les masses des particules élémentaires ainsi que leurs différents couplages. La valeur de chacun de ces paramètres n'est pas fixée par des principes premiers mais doit être déterminée expérimentalement.

Bref historique

A la suite d'Ernest Rutherford qui a démontré que les atomes étaient constitués d'un noyau, agglomérat de protons et de neutrons, autour duquel tournaient des électrons, de nombreuses expériences de collisions atomiques ont eu lieu, faisant apparaître des centaines de particules. Pour s'y retrouver, les physiciens ont essayé de classer ces particules.

Pour commencer, ils firent la distinction entre particules (ou quanta) de matière et de champs. Puis ils classèrent les particules de matière, de loin les plus nombreuses, en trois catégories suivant leur masse :

• les leptons (du grec leptos = léger), comme l'électron ou le neutrino ;
• les mésons (du grec mesos = moyen), comme le méson π ;
• les baryons (du grec barys = lourd), comme le proton ou le neutron.

Protons et neutrons furent qualifiés de nucléons en raison de leur rôle essentiel dans les noyaux atomiques et de leurs masses voisines. Les autres baryons furent appelés hypérons.

Les physiciens constatèrent par ailleurs qu'à chacune de ces particules correspondait une antiparticule de même masse, mais dont les autres caractéristiques étaient opposées ( par exemple, au proton correspond un antiproton de charge électrique négative, et à l'électron correspond un positron de charge électrique positive...)

Ils découvrirent ensuite que mésons et baryons étaient en fait des particules composées, qu'ils regroupèrent alors sous le vocable de hadrons (du grec hadros = fort).

Ils ont ainsi abouti au Modèle Standard, organisé autour du triptyque (quantum de matière, champ quantique, quantum de champ associé) déjà mentionné plus haut.