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La physique quantique

Les bosons (V)

Depuis la fin des années 1920, les théoriciens ont tenté de réunir la relativité générale et la mécanique quantique dans le but d’unifier les particules et les forces de la nature.

Au XVIIe siècle déjà, Newton se doutait bien que le déplacement d'un objet ne produisait pas instantanément une modification de la force gravitationnelle, mais il ne put le démontrer. Maxwell, Lorentz puis Einstein se rendirent compte à leur tour que ni le champ électromagnétique ni aucune autre interaction ne se propageaient instantanément. On découvrit alors que si la matière conservait certaines propriétés, fonction des nombres quantiques et de la conservation de l'énergie, elle obéissait aveuglément à une valeur discrète : la constante de Planck, h.

Par le biais de ce quantum d'action, les mathématiciens avaient un moyen de formaliser ce principe d'unification. Ils démontrèrent que les interactions entre particules s'établissaient par le biais d'autres particules élémentaires.

La force de la gravitation et celle l'électromagnétisme pouvaient se propager à l'infini : les particules échangées n'avaient pas de masse. Le photon épousa parfaitement cette déduction et il est probable qu'il en sera de même pour le graviton (bien que la théorie n'exclut pas qu'il ait une masse si élevée qu'elle soit actuellement inaccessible aux accélérateurs de particules).

Cette théorie peut également s'appliquer aux interactions fortes qui agissent entre tous les hadrons, considérés comme des particules très influentes. Ceci est d'autant plus vrai que les interactions faibles agissent à plus courtes distances encore. On appela cette famille de particules intermédiaires, les "bosons". Pour des raisons de symétrie, chaque interaction dispose ainsi d'un boson vecteur, tout comme le son est véhiculé par l'air. Etant donné que ces particules élémentaires portent une interaction, on les appelle des bosons de jauge dont les interactions sont décrites par les théories de jauge. On y reviendra en détail à propos des symétries de jauge (par exemple les mécanismes de Higgs) en cosmologie.

Pour assurer la cohésion d'un couple de particules, la mécanique quantique stipule que les interactions entre particules s'établissent par l'échange de bosons virtuels. Comme le coureur de relais donne le témoin à son équipier, celui-ci le conserve et voit son état de mouvement modifié. Il en est de même entre les particules. Le boson établit un lien entre les particules et les propriétés géométriques de l'espace, raison pour laquelle l'agent qui véhicule cette interaction est dénommé un vecteur "métrique".

Ainsi que nous l'avons expliqué, les bosons comprennent les particules composites comme les mésons et des corps plus étranges comme les photons, les gluons, le boson de Higgs, les bosons W et Z ainsi que les gravitons (en théorie de la gravité quantique).

Le photon

Que sait-on exactement du photon, cet objet bien singulier qui se comporte parfois comme une onde parfois comme une particule ? Selon la théorie quantique des champs (cf. Max Planck) et les équations de Proca, le photon se comporte comme un champ massif de spin 1 (on reviendra sur le concept de spin dans l'histoire de la physique quantique), il s'agit donc bien d'un boson. 

Le photon est le quantum d'action vecteur de l'interaction électromagnétique évoquée précédemment. En effet, en fonction de sa longueur d'onde, le photon peut transporter plus ou moins d'énergie (sous forme de photons lumineux, UV, micro-onde, X, gamma). Chacun sait que le photon se déplace à la vitesse de la lumière dans le vide, qu'il n'existe pas de photon au repos et donc il serait sans masse de repos. Cela nous paraît évident, mais il fallut des décennies pour parvenir à ces conclusions et encore ajourd'hui il reste des questions en suspens concernant la nature et les propriétés du photon.

En 2017, Julian Heeck de l'Institut Max Planck de Physique Nucléaire (MPI-HD) publia un article sur le sujet dans les "Physical Review Letters" (en PDF sur arXiv) dans lequel il se demande si le photon est stable ? Pour le savoir, il faut déterminer la masse maximale du photon et combien de temps il peut vivre.

Selon Heeck, en théorie le photon ne présente effectivement pas de masse de repos. Quand bien même elle existerait, les physiciens l'ont estimée tout au plus < 2x10-54 kg soit 10-18 eV en unités naturelles (=c=kB=1). En fait, le concept de photon massif (de masse non nulle) est souvent rejeté car comme l'insertion d'un terme de masse dans le Lagrangien de l'électrodynamique quantique (QED), cela brise l'invariance de jauge et pourrait donc empêcher la renormalisation de la théorie, c'est-à-dire la cohérence de la théorie quantique des champs. Mais d'un autre côté, tout en considérant que le photon n'a pas de masse, les physiciens savent aussi que la QED est une approximation à basse énergie. Ainsi, il existe des mécanismes, des équations, qui préservent l'invariance de jauge et acceptent un photon de masse non nulle comme les Lagrangiens de Proca et de Stückelberg.

Mais en donnant une masse aussi infime soit-elle au photon, les physiciens lui offrent la possibilité de se désintégrer à travers un mécanisme de décroissance similaire à celui de toutes les autres particules. Même si les physiciens reconnaissent que cette idée paraît folle, rien ne l'interdit. Les physiciens on donc tenté de mesurer la durée de vie du photon ou tout le moins déterminer certaines contraintes comme sa durée de vie minimale.

Pour savoir quelle est la durée de vie du photon, les physiciens ont la possibilité d'étudier les photons de faible énergie émis par le rayonnement cosmologique à 2.7 K, un rayonnement micro-onde (~160 GHz) presque aussi vieux que l'Univers. Dans le cas le moins favorable (où il présenterait une légère masse de repos), le photon serait stable durant au moins 1018 ans (soit 1 milliard de fois l'âge de l'Univers !). Mais étant donné qu'il se déplace à la vitesse de la lumière dans le vide, dans son référentiel relativiste, cela ne représente que ... 3 ans (un facteur γ=1015) ! On y reviendra en cosmologie à propos du "Big Freeze".

Enfin, si l'on peut envisager créer à peu près toutes les particules y compris des gravitons d'ici à quelques décennies (sauf les quarks et les gluons), il est tout à fait illusoire de faire apparaître des photons si ce n'est par annihilation de paires.

Les bosons intermédiaires

A la fin des années 1960, les physiciens soupçonnaient l'existence d'une relation étroite entre la force électromagnétique et l'interaction faible, leur différence devant se situer dans la masse plus élevée de la particule qui véhiculait l'interaction faible. Il s'avérait en effet que le spin des particules du rayonnement "neutre" (les bosons W et Z découverts en 1983 au CERN) avait la même valeur que celui du photon, à savoir la constante de Planck. Les bosons sont au nombre de quinze - jusqu'à aujourd'hui, car rien ne dit qu'ils ne sont pas plus nombreux.

"Atomic Wave". Document Agsandrew/Shutterstock.

C'est ainsi qu'on découvrit que l'agent de l'interaction faible, le "boson intermédiaire" avait la même force que l'interaction électromagnétique à courte distance. On appela cette force l'interaction "électrofaible". Sa force paraît plus faible parce qu'elle s'applique sur une plus petite échelle. Pour des masses égales, l'interaction faible est environ 1000 fois plus faible que la force électromagnétique.

La masse de ce vecteur vaut grosso modo la racine carré du rapport de ces deux forces, soit environ 30 fois la masse du proton (30 GeV).

Si la charge se conserve lors de toute interaction (loi de conservation), le boson intermédiaire doit pouvoir échanger des charges positives ou négatives.

Il en est de même pour l'interaction forte entre quarks qui échangerait 8 gluons sans masse.

Nous avons mentionné auparavant que ces interactions permettaient de décrire la création de particules lors de collisions à hautes énergies. Ces lois conservent les énergies de la réaction. Le boson Z° peut se transformer indifféremment en quarks et leptons, les deux familles de particules élémentaires qui forment la matière, chacune apparaissant par paire avec son antiparticule (quark u et antiquark u, électron et positron, etc). Inversement, l'annihilation d'un électron avec un positron produit un boson Z° et des rayons γ. Etant donné qu'il existe au moins trois familles de particules élémentaires, le boson Z° peut subir de nombreuses transformations, réduisant d'autant sa durée de vie.

Le gluon

L'existence de cette particule fut prédite en 1965 par Oscar Greenberg de l'Université de Maryland, Mo-Young Han de l'Université Duke et Yoichiro Nambu de l'Université de Chicago - qui venaient d'inventer la notion de couleur des quarks en CDQ - et fut découverte en 1979 dans l'accélérateur de particules PETRA du laboratoire DESY installé en Allemagne (installation remplacée en 2017 par XFEL, voir plus bas).

Le gluon est une particule élémentaire sans masse de repos (ou elle serait supérieure à 1012 GeV) et de spin 1 porteur d'une charge de couleur. Il transporte la force nucléaire forte entre quarks, d'où le nom de "gluon" car l'intensité de leur force est tellement élevée qu’elle fait penser à de la colle (“glue” en anglais). Le gluon assure la cohésion des hadrons tels que le proton et le neutron dans les nucléons. Il existe 8 variétés de gluons qui se différencient par leur charge et anti-charge de couleur. Le chiffre 8 fait aussi référence à la "Voie Octuple" de Gell-Mann à l'origine de la classification des baryons et des mésons.

Diagrammes de Feynman illustrant une interaction nucléaire forte entre neutron (n) et proton (p) dans un nucléon avec la médiation d'un méson π- (pion). A gauche, le schéma simplifié. Au centre, la version CDQ classique. A droite, l'interaction similaire mais opposée entre p-n et cette fois la médiation d'un pion positif ( π+) avec le détail des réactions d'annihilation, production et capture. Dans les deux cas, l'interaction implique la transformation de quarks (u, d et leur antiparticules) et l'échange de gluons (g). Documents T.Lombry et Michael F. L'Annunziata, "Radioactivity" (2016, p683) adapté par l'auteur.

Nous avons expliqué précédemment que la masse du noyau atomique (p+n) est inférieure à la somme des masses individuelles des quarks (et des gluons) qu'il contient et qu'il en est de même de son pin. Les physiciens n'ont pas encore trouvé l'explication mais estiment que les gluons sont peut-être la clé de ce mystère sachant qu'ils représentent 98% de la masse du proton.

La boule de glu (glueball)

À l'inverse de la plupart des autres bosons (sauf W et Z qui peuvent se coupler mais qui se désintègrent rapidement vu leur masse élevée), les différentes variétés de gluons peuvent interagir les unes avec les autres et former des états liés appelés des "boules de glu" (glueballs). C'est l'une des rares nouvelles prédictions de la CDQ qui entre dans le modèle Standard des particules et à ce titre elle vaut la peine d'être décrite.

Selon plusieurs études (Morningstar et Peardon, 1999; Crede et Meyer, 2008; Wolfgang Ochs, 2013, etc), dans le cadre du modèle standard, la CDQ prédit l'existence de la "boule de glu" qui serait une particules libre composite uniquement composée de gluons sans quarks de valence. Cet état hypothétique serait porteur d'une charge de couleur et sensible à l'interaction forte nucléaire. Comme les baryons et les mésons, cette particule porte également une saveur neutre (isospin=0) et son nombre baryonique vaut 0 puisqu'elle ne contient pas de quarks. Sa charge électrique est également neutre puisque les gluons individuels ne portent pas de charge électrique. Enfin, dans le cas de 2 gluons liés (comme un méson), le spin vaut 0 (particule dite scalaire ou pseudoscalaire) ou 2 (cas d'un tenseur) et il vaut 3 s'il s'agit d'un triplet (boule de glu à trois gluons).

Illustration de "boules de glu" ou glueballs (les 3 particules libres floues) constituées de 2 ou 3 gluons liés chargés de couleur et sensibles à l'interaction forte. Auprès d'elles se trouve deux mésons, un hypérion lambda (à gauche, composé des quarks u,d,c) et un eta (à droite, composé des quarks u, anti-u). qui pourrait justement cacher une boule de glu.

Les boules de glu sont donc constituées de force pure mais elles sont instables et décroissent si rapidement qu'on ne peut pratiquement pas les détecter. En théorie, étant donné qu'il existe 8 gluons différents, que leur masse de repos est de l'ordre de ~2.6 GeV selon les travaux de Brünner et Rebhan et qu'ils peuvent s'agencer en paire ou triplet, la probabilité que les physiciens puissent les détecter est loin d'être nulle. Toutefois, ces boules de glu se mélangent aux paires de quark-antiquark comme les mésons ordinaires à saveur neutre. La difficulté est donc de déterminer quels sont parmi les mésons qu'ils observent, ceux qui sont des boules de glu et ceux qui sont des états quark-antiquark ordinaires.

À défaut de pouvoir les observer directement, les physiciens Frederic Brünner et Anton Rebhan de l'Université de Vienne précités sont parvenus à calculer la réaction de décroissance d'une boule de glu et à estimer sa masse. En bref, sur base de modèles très sophistiqués de la CDQ à plus de trois dimensions (modèle de Witten-Sakai-Sugimoto et mécanisme de Witten-Veneziano qui donne leur masse aux mésons η) et en tenant compte des interactions gravitationnelles entre particules - toujours exclues du modèle Standard -, les chercheurs sont parvenus à évaluer les taux de désintégration d"une boule de glu scalaire en kaon et en méson η. Ils ont trouvé un résultat qui concordre avec les données expérimentales enregistrées au CERN et à Beijing concernant le méson scalaire fo(1710) ainsi qu'avec d'autres résultats d'expériences conduites ailleurs dans le monde. Les résutats de leurs travaux furent publiées dans les "Physical Review Letters" en 2015. Toutefois, depuis cette évaluation la boule de glu n'a toujours pas été découverte.

En 2017, Brünner et Rebhan ont publié un nouveau statut de l'état des recherches sur les boules de glu dans les "Physical Letters B" et conclut qu'il serait possible de les détecter au cours des expériences du LHC impliquant des mésons η et η'. Selon les chercheurs, la masse de repos de cette hypothétique particule serait d'environ 2.6 GeV pour la paire de spin 0 et de 2.4 GeV pour le triplet  de spin 2. Affaire à suivre.

Le graviton

La gravitation qui est une force insignifiante au niveau atomique se propage probable par le graviton, l'onde gravitationnelle, de spin égal à 2, c'est du moins le résultat qui ressort quand on combine la relativité générale et le modèle Standard des particules élémentaires. Comme le photon, le graviton aurait une durée de vie infinie.

Dans certains modèles à plus de trois dimensions spatiales, il serait possible d'observer des excitations de gravitons grâce aux détecteurs du LHC. Ces évènements apparaîtraient comme des résonances lors des collisions entre particules dans ce qu'on appelle les histogrammes de masse invariante (cf. ces tableaux de l'expérience ATLAS). Selon les prédictions, le graviton se couplant non pas avec la masse (cf. Newton) mais avec l'énergie-impulsion (cf. Einstein), il se désintégrerait en paires de leptons, de quarks et de bosons, y compris en particules sans masse comme des paires de photons et des paires de gluons.

L'analyse des ondes gravitationnelles détectées au cours de l'évènement GW170817 indique que la durée de vie du graviton, s'il existe comme le prédit la théorie, est d'au moins 450 millions d'années. Autrement dit durant cette période et ne subit aucune décroissance contrairement à ce que prétendent certaines théories alternatives, renforçant le modèle Standard.

Dans certaines réactions de désintégration impliquant des leptons et des photons, il serait même possible que les états finaux du graviton permettent de détecter les bosons de jauge Z et H  (Higgs) à partir de leur niveau d'énergie et la valeur de leur spin.

Quant à créer des gravitons, ce n'est pas à la portée du LHC car cette réaction exige une énergie supérieure à 106 TeV (le LHC atteint à peine 14 TeV).

Le boson de Higgs

Le boson de Higgs, H°, dont la découverte au CERN fut confirmée le 14 mars 2013 (cf. les résultats préliminaires du 4 juillet 2012), est une particule instable qui vit à peine 10-22 seconde. Il présente une masse de repos d'environ 125 GeV. C'est une masse colossale à l'échelle atomique. 1 GeV=1.783x10-24 g. Le boson H° pèse donc 2x10-22 g. Il est 134 fois plus lourd que le proton ou le neutron (~0.938 GeV) et près de 250 fois plus lourd que l'électron (0.511 MeV), ce qui explique aussi sa courte durée de vie. A lui seul il pèse autant que l'une des molécules constituant l'ADN, la thymine (C5H6N2O2) !

A gauche, diagramme d'état d'énergie de la physique des particules si on considère qu'elle s'applique jusqu'à l'échelle de Planck. Les quarks dont le quark top (~171 GeV) et le boson de Higgs (~125 GeV) se situent dans la zone métastable. Au centre, le mode dominant de production du boson de Higgs (H) à partir d'une collision entre deux protons (p). Les lignes colorées sont les quarks, les tire-bouchons sont les gluons (g). t indique un quark top, z des bosons intermédiaires. Les lignes noires représentent un électron, un positron, un muon et son antiparticule. A droite, simulation de la décroissance du boson de Higgs dans le détecteur ATLAS du CERN. Documents T.Lombry inspiré de Fermilab et CERN.

En 2017, les physiciens du CERN ont observé pour la première fois la désintégration d'un hoson de Higgs en une paire de quarks bottom (b) comme le montre les deux représentations ci-dessous. L'annonce fut publiée le 28 août 2018. Le long délai qui s'est écoulé depuis la découverte du boson de Higgs s'explique du fait qu'il existe de nombreux autres modes de production des quarks b dans les collisions proton-proton. Il est donc compliqué d'isoler le signal de désintégration du boson de Higgs du "bruit de fond" constitué par toutes les autres désintégrations. Au cours de ces expériences, les collaborations ATLAS et CMS ont réalisé des collisions à des énergies de 7, 8 et 13 TeV et isolés tous les signaux de désintégration du boson de Higgs ayant une signification statistique supérieure à 5σ (cinq écarts-types) et donc les plus fiables.

Selon les physiciens, ce résultat est compatible avec l'hypothèse que le champ quantique lié au boson de Higgs donne également sa masse au quark b. En effet, d'après le modèle Standard des particules élémentaires, dans 60% des cas le boson de Higgs se désintègre en une paire de quarks b (le deuxième plus massif sur les six quarks existants). Cette observation vient donc renforcer le modèle Standard qui prédit que le champ de Higgs donne leur masse aux quarks et à d'autres particules élémentaires.

Depuis la première observation du boson de Higgs, les physiciens de CMS ont eu l'occasion d'observer la désintégration du boson de Higgs en leptons tau en 2017 et leurs collègues d'ATLAS ont observé le couplage du boson de Higgs aux fermions les plus massifs : le lepton tau, le quark t et à présent le quark b.

Selon Joel Butler de la collaboration CMS, grâce à "des techniques modernes d'apprentissage automatique, ce nouveau résultat est apparu plus tôt que prévu". Les chercheurs sont convaincus qu' "en améliorant la précision des mesures ils pourront étudier la désintégration du boson de Higgs en fermions beaucoup plus légers comme les muons, susceptibles de révéler une physique au-delà du modèle Standard" qui est restée si bien cachée jusqu'à présent.

A lire : Comment les particules ont acquis leur masse

Bosons de Higgs et mécanismes de Higgs

A gauche, reconstruction de la détection par ATLAS d'un évènement candidat pour une désintégration du boson de Higgs en deux quarks b, associée à une désintégration d’un boson W en un muon (µ) et un neutrino (ν). A droite, évènement candidat enregistré par CMS pour une désintégration du boson de Higgs en deux quarks b, associée à une désintégration d’un boson Z en un électron (e-) et un antiélectron (e+). Documents ATLAS/CMS/CERN.

Le boson de Higgs présente deux états : un état ordinaire, celui qu'on a découvert, et un état ultra dense. Il a une probabilité infime de passer de l'état actuel à l'état ultra dense par effet tunnel. Quel serait la conséquence de ce changement d'état ? Comme l'eau en surfusion peut geler instantanément sous l'effet d'un choc, si le boson de Higgs venait à changer d'état, ce serait la fin de l'Univers tel que nous le connaissons, ni plus ni moins. En effet, la masse actuelle du boson de Higgs est justement celle qui permet à l'Univers d'être dans un état instable ou plutôt métastable; en théorie il peut donc s'effondrer. Mais rassurez-vous, la probabilité que le boson de Higgs change d'état par effet tunnel est négligeable, de l'ordre de 10-100.

Si les mécanismes de Higgs expliquent comment les particules élémentaires acquièrent leur masse, cette théorie ne semble toutefois pas être une solution totalement satisfaisante ni complète car trop de questions restent sans réponse. Ainsi, le boson de Higgs ne partage pas les autres propriétés des particules élémentaires comme la beauté, la symétrie ou l'élégance.

L'hypothétique boson de Madala

Le boson de Higgs pourrait ne pas être la fin de l'histoire. Dans les prochaines années et décennies on s'attend à découvrir d'autres particules qui exigeront d'affiner nos théories actuelles. Ainsi, on espère par exemple que les nouvelles expériences confirmeront notamment ce qu'on appelle "l'hypothèse de Madala" qui prédit l'existence du boson de Madala, plus lourd et qui se désintègre en boson de Higgs. Cette particule qui n'appartient pas au modèle Standard n'interagirait qu'avec la matière sombre qui constitue 27% de l'Univers.

Les données obtenues lors du Run I des expériences ATLAS et CMS du CERN en 2012, 2015 et 2016 par des chercheurs du groupe HEP (High Energy Physics) de l'Université de Witwatersrand en Afrique du Sud suggèrent avec 99.7% de confiance que cette particule existerait. Sa masse de repos est d'environ 272 GeV, soit le double du boson de Higgs.

En décembre 2015, les détecteurs ATLAS et CMS détectèrent un "blip" à ~750 GeV qui pouvait théoriquement être la signature d'une nouvelle particule très massive et pourquoi pas du boson de Madala. Mais plus tard, le CERN annonça qu'il s'agissait d'une erreur statistique, "Sorry guys" écrivirent-ils sur Tweeter en septembre 2016.

A gauche, graphique supportant l'existence du boson de Madala à 272 GeV. A droite, traces extraites des données d'ATLAS suggérant l'existence d'un autre boson plus massif (les trois flèches vertes) mais qui s'avéra finalement être un mirage... Documents SA-CERN (2015).

En attendant sa découverte, à partir des données actuelles les physiciens Geoff Beck et Sergio Colafrancesco ont calculé en 2017 que ni ce boson de Madala ni un hypothétique boson S tout aussi massif ne pourraient expliquer la matière noire, à moins que leur masse dépasse les 200 GeV mais actuellement il reste trop d'inconnues pour établir des prédictions fiables.

Comme le disait le physicien Guido Tonelli de l'Université de Pise, un des leaders de la découverte du boson de Higgs dans le "New York Times" en 2013 : "Nous avons fait de nombreuses découvertes, la plupart fausses".

Bref, les recherches continuent.

XFEL à la recherche du leptoquark

Parmi les extensions hypothétiques du modèle Standard, il y a les fameuses théories de Grande Unification évoquées en cosmologie quantique qui auraient également besoin de bosons vecteurs. Nous l'avons écrit au conditionnel car, ainsi que nous allons le découvrir dans la théorie du Big Bang, nous sommes encore loin de la théorie à la pratique. Les physiciens parlent d’une particule “X” ou “Y”, le leptoquark dont la masse serait 1014 fois supérieure à celle du proton, soit environ 250 MeV maximum, et dont la durée de vie serait donc inversement proportionnelle à son énergie de repos.

Le tunnel d'HERA au début des années 2000, aujourd'hui remplacé par XFEL. Document Welt de Physik.

Le leptoquark est une particule ayant les caractéristiques du lepton et du quark. Elle apparaîtrait dans les collisions lepton-proton dans une physique actuellement inaccessible au modèle Standard.

Le rôle du leptoquark consisterait à désintégrer le proton. En effet, avec une durée de vie de 10-35 s, ce boson “X” ne peut parcourir que 10-25 cm. Statistiquement, il a une chance de rencontrer deux des trois quarks du proton et de les transmuter en un antiquark et un positron. Le proton se transforme alors en un pion qui finit sa courte existence sous forme de photon. Le résultat de cette réaction est la mort du proton. Selon toute vraisemblance cela ne devrait pas survenir avant 1031 ans. On y reviendra en cosmologie.

Le collisionneur lepton-proton HERA (Hadron Electron Ring Anlage) installé dans le laboratoire DESY (Deutsches Electronen SYnchrotron) dans la banlieu de Hambourg en Allemagne fut opérationnel entre 1992 et 2007. HERA accélérait les électrons jusqu'à une énergie de 27.5 GeV dans le centre de masse et les protons jusqu'à 920 GeV. L'énergie de 318 GeV dans le centre de masse permettait d'agrandir la région cinétique d'un ordre de grandeur par rapport aux installations existantes. HERA était en mesure de découvrir les traces de ce leptoquark. Mais aucun évènement de ce type ne fut détecté. 

En 2017, HERA fut remplacé par l'accélérateur linéaire d'électrons XFEL. A l'époque de son inauguration, ce projet européen auquel participe la Russie (27%) avait coûté 1.22 milliard d'euros. Cette installation analyse les collisions entre électrons ou positrons accélérés jusqu'à une énergie de 17.5 GeV. XFEL est également utilisé dans le domaine de la recherche en biochimie. Il permet par exemple d'enregistrer grâce à un flash ultrarapide (27000 flashes ou impulsions/seconde) des réactions chimiques quasi instantanées et de prendre des images de protéines jusqu'à l'échelle atomique ou d'analyser les plus petits détails des nanomatériaux. Son laser à rayons X est actuellement le plus lumineux du monde.

Ceci résume le monde des particules élémentaires réunies au sein du modèle Standard et de leurs interactions. Consultez également l'article intitulé Antimatière, neutrino et fermion de Majorana pour avoir un aperçu des autres membres singuliers de ce bestiaire quantique.

Pour plus d'informations

Sur ce site

Antimatière, neutrino et fermion de Majorana

Caractéristiques des principales particules

Les effets des particules chargées

Sur Internet

CODATA (valeur des constantes universelles, 2014)

The Lund/LBNL Nuclear Data Search (Table des isotopes radioactifs et des isotopes)

Interactions fondamentales et particules élémentaires (PDF), Luc Louys, ULB

Introduction à la physique des particules (PDF), L.Marleau, U.Laval, Canada

Particules et champs (IAP)

Perspectives on the structure of atomic Nuclei, National Academies Press, 2013

Photothèque (IN2P3, CNRS, CERN)

Particle Physics Booklet (propriétés des particules), PDG

Blogs et webzines

Quantum Diaries, blog français du CERN

Symmetry, webzine du Fermilab/SLAC

Quanta Magazine webzine, section mécanique quantique

Resonaances, Adam Falkowski (LPT Orsay)

Syymmetries, Jackson Clarke (CoEPP Australie)

Of Particular Significance, Pr.Matt Strassler, (PhD, U.Harvard)

Revues

Pour la Science

La Recherche

Nature Physics

Quelques ouvrages (cf. détails dans ma bibliothèque dont la rubrique Physique Quantique)

Histoire de la physique, Jean C. Baudet, Vuibert, 2015

L'ultime atome. De Démocrite au boson de Higgs et au-delà, Etienne Klein/Heinz Wismann, Albin Michel, 2015

Le modèle standard de la Physique des Particules. De l'électron au boson de Higgs, Jean-Jacques Samueli, Ellipses Marketing, 2013

Le cantique des quantiques, Sven Ortoli et Jean-Pierre Pharabod, La Découverte,1984/2007

Le quark et le jaguar. Voyage au coeur du simple et du complexe, Murray Gell-Mann, Albin Michel Sciences, 1995

Le génial professeur Feynman, James Gleick, Odile Jacob, 1995

La matière-espace-temps, Gilles Cohen-Tannoudji et Michel Spiro, Fayard, 1986; Gallimard-Folio essais, 1990

L'univers ambidextre, Martin Gardner, Dunod, 1967; Le Seuil, 1985/1994/2000

L'horizon des particules, Jean-Pierre Baton et Gilles Cohen-Tannoudji, NRF-Gallimard, 1989

La matière première, Michel Crozon, Le Seuil, 1987

Initiations à la physique, Max Planck, Flammarion, 1941; Flammarion-Champs sciences, 1989/2013.

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