Aux origines de la masse

Particules élémentaires et symétries fondamentates

Livre numérique

Pourquoi les « particules élémentaires » qui forment toute la matière ont-elles une masse ? Étrange question qui semble être en contradiction avec toute notre intuition physique.

Dans ce livre, nous montrons d'abord que la réponse à cette question est tout sauf évidente et ensuite que la clé peut se trouver dans la découverte récente d'une nouvelle particule à l'accélérateur géant LHC (Large Hadron Collider) situé au CERN, près de Genève.

Nous proposons au lecteur une promenade guidée qui l'emmènera des confins de l'Univers pendant les premières fractions de seconde après le Big Bang, aux plus petits constituants de la matière tels que nous les apercevons dans nos laboratoires. Notre guide sera un principe profond de symétrie qui, de façon surprenante, semble déterminer la structure du monde.

Table des matières

Table des matières
Aux origines de la masse 1
Table des matières 4
Préface 6
1. Introduction 10
2. Une brève histoire de la cosmologie 16
3. Les symétries 30
3.1 Symétries de l’espace 31
3.2 Symétries du temps 36
3.3 Symétries internes 37
3.4 Symétries locales, ou symétries de jauge 39
4. Un problème de masse 46
4.1 La masse et la portée des interactions 46
4.2 Les interactions de jauge 49
4.3 Les masses des constituants de la matière : les quarks et les leptons 50
5. Brisure spontanée d’une symétrie 54
5.1 Le théorème de Curie 54
5.2 Brisure spontanée d’une symétrie en physique classique 55
5.3 Brisure spontanée d’une symétrie en physique quantique 60
5.4 Le théorème de Goldstone 64
5.5 Brisure spontanée d’une symétrie en présence d’interactions de jauge 66
6. La théorie standard 72
6.1 Introduction 72
6.2 Les interactions électromagnétiques et faibles 73
6.3 Les interactions fortes 76
6.4 La théorie standard et l’expérience 83
7. Épilogue 88
8. Appendice I : les particules élémentaires 94
8.1 Introduction 94
8.2 Les quatre interactions 97
8.3 Quelques notions de base 100
8.4 La saga du neutrino 105
8.5 Le tableau des particules élémentaires 111
9. Appendice II : de Sophus Lie à Élie Cartan 120

Compléments