les esprits curieux

la science de la matière, de l’espace et du temps

page principale / de quoi le monde est-il fait? / comment trouver les plus petites particules
à quoi s’attendre à l’avenir / pourquoi soutenir la science / les découvertes du modèle Standard

de quoi est fait le monde?

Les éléments constitutifs

les physiciens ont identifié 12 éléments constitutifs fondamentaux de la matière., Notre monde quotidien est composé de seulement trois de ces blocs de construction: le quark up, le quark down et l’électron. Cet ensemble de particules est tout ce qui est nécessaire pour fabriquer des protons et des neutrons et pour former des atomes et des molécules. Le neutrino électronique, observé dans la désintégration d’autres particules, complète le premier ensemble de quatre blocs de construction.

Les blocs de construction de la matière: six quarks et six leptons.,

pour une raison quelconque, la nature a choisi de reproduire cette première génération de quarks et de leptons pour produire un total de six quarks et six leptons, avec une masse croissante. Comme tous les quarks, le sixième quark, nommé top, est beaucoup plus petit qu’un proton (en fait, personne ne sait à quel point les quarks sont petits), mais le top est aussi lourd qu’un atome d’or!

bien qu’il y ait des raisons de croire qu’il n’y a plus d’ensembles de quarks et de leptons, les théoriciens spéculent qu’il peut y avoir d’autres types de blocs de construction, ce qui pourrait expliquer en partie la matière noire impliquée par les observations astrophysiques., Cette matière mal comprise exerce des forces gravitationnelles et manipule les galaxies. Il faudra des expériences d’accélérateur basées sur la terre pour identifier son tissu.

Les éléments constitutifs de la nature (vidéo, 6 min.)

Les forces

Les scientifiques distinguent quatre types élémentaires de forces agissant parmi les particules: force forte, faible, électromagnétique et gravitationnelle.

• La force forte est responsable du « collage” des quarks pour former des protons, des neutrons et des particules apparentées.,
• La force électromagnétique lie les électrons aux noyaux atomiques (amas de protons et de neutrons) pour former des atomes.
• La force faible facilite la désintégration des particules lourdes en petits frères et sœurs.
• La force gravitationnelle agit entre des objets massifs. Bien qu’il ne joue aucun rôle au niveau microscopique, il est la force dominante dans notre vie quotidienne et dans tout l’univers.

Les particules transmettent des forces entre elles en échangeant des particules porteuses de force appelées bosons., Ces médiateurs de force transportent des quantités discrètes d’énergie, appelées quanta, d’une particule à l’autre. Vous pourriez penser au transfert d’énergie dû à l’échange de bosons comme quelque chose comme le passage d’un ballon de basket entre deux joueurs.

chaque force a ses propres bosons caractéristiques:

• Le gluon médite la force forte; il « colle” les quarks ensemble.
• Le photon porte la force électromagnétique; il transmet également la lumière.
• les bosons W et Z représentent la force faible; ils introduisent différents types de désintégrations.,

les physiciens s’attendent à ce que la force gravitationnelle soit également associée à une particule de boson. Nommé graviton, ce boson hypothétique est extrêmement difficile à observer car, au niveau subatomique, la force gravitationnelle est beaucoup plus faible que les trois autres forces élémentaires.

tableau des découvertes de particules: qui, quand, où?

antimatière

bien qu’elle soit un aliment de base de la science-fiction, l’antimatière est aussi réelle que la matière. Pour chaque particule, les physiciens ont découvert une antiparticule correspondante, qui ressemble et se comporte presque de la même manière., Les antiparticules, cependant, ont les propriétés opposées de leurs particules correspondantes. Un antiproton, par exemple, a une charge électrique négative alors qu’un proton est chargé positivement.

Il y a moins de 10 ans, les physiciens du CERN (1995) et du Fermilab (1996) créaient les premiers anti-atomes. Pour en savoir plus sur les propriétés du « monde miroir », ils ont soigneusement ajouté un positron (l’antiparticule d’un électron) à un antiproton. Le résultat: antihydrogène.

stocker de l’antimatière est une tâche difficile., Dès qu’une antiparticule et une particule se rencontrent, elles s’annihilent, de disparaître dans un éclair d’énergie. En utilisant des champs de force électromagnétiques, les physiciens sont capables de stocker de l’antimatière dans des récipients à vide pendant une durée limitée.

Le Modèle Standard

Le Modèle Standard explique l’interaction complexe entre la force des transporteurs et des blocs de construction.,

les physiciens appellent le cadre théorique qui décrit les interactions entre les blocs de construction élémentaires (quarks et leptons) et les porteurs de force (bosons) le modèle Standard. La gravité ne fait pas encore partie de ce cadre, et une question centrale de la physique des particules du 21e siècle est la recherche d’une formulation quantique de la gravité qui pourrait être incluse dans le modèle Standard.

bien que toujours appelé modèle, le modèle Standard est une théorie physique fondamentale et bien testée., Les physiciens l’utilisent pour expliquer et calculer une grande variété d’interactions de particules et de phénomènes quantiques. Des expériences de haute précision ont vérifié à plusieurs reprises les effets subtils prédits par le modèle Standard.

Jusqu’à présent, le plus grand succès du modèle Standard est l’unification des forces électromagnétiques et faibles en force dite électrofaible. La consolidation est un jalon comparable à l’unification des forces électriques et magnétiques en une seule théorie électromagnétique par J. C. Maxwell au 19ème siècle., Les physiciens pensent qu’il est possible de décrire toutes les forces avec une grande théorie unifiée.

Un ingrédient essentiel du modèle Standard, cependant, échappe encore à la vérification expérimentale: le champ de Higgs. Il interagit avec d’autres particules pour leur donner de la masse. Le champ de Higgs donne naissance à un nouveau porteur de force, appelé boson de Higgs, qui n’a pas été observé. Ne pas le trouver remettrait en question le modèle Standard. Les expérimentateurs du Fermilab espèrent trouver des preuves du boson de Higgs et faire d’autres découvertes dans les prochaines années.,

diaporama sur les éléments constitutifs de la nature

tout sur les neutrinos, les électrons et la lumière.

Comment faire pour trouver le plus petit des particules

Fermilab de la recherche sur les particules élémentaires