Histoire de la physique subatomique - History of subatomic physics

Un tube de Crookes avec un déflecteur magnétique

L'idée que la matière est constituée de particules plus petites et qu'il existe un nombre limité de sortes de particules primaires les plus petites dans la nature existe dans la philosophie naturelle au moins depuis le 6ème siècle avant JC. De telles idées ont acquis une crédibilité physique à partir du 19ème siècle, mais le concept de « particule élémentaire » a subi quelques changements de sens : notamment, la physique moderne ne considère plus les particules élémentaires comme indestructibles. Même les particules élémentaires peuvent se désintégrer ou entrer en collision de manière destructive ; ils peuvent cesser d'exister et créer (d'autres) particules en résultat.

De plus en plus de petites particules ont été découvertes et étudiées : elles comprennent des molécules , qui sont constituées d' atomes , qui à leur tour se composent de particules subatomiques , à savoir des noyaux atomiques et des électrons . De nombreux autres types de particules subatomiques ont été trouvés. La plupart de ces particules (mais pas les électrons) se sont finalement révélées être composées de particules encore plus petites telles que les quarks . La physique des particules étudie ces plus petites particules et leur comportement sous hautes énergies , tandis que la physique nucléaire étudie les noyaux atomiques et leurs constituants (immédiats) : les protons et les neutrons .

Développement précoce

L'idée que toute matière est composée de particules élémentaires remonte au moins au 6ème siècle avant JC. Les jaïns de l'Inde ancienne ont été les premiers à défendre la nature particulière des objets matériels entre le 9e et le 5e siècle avant notre ère. Selon les dirigeants jaïns comme Parshvanatha et Mahavira , l' ajiva (partie non vivante de l'univers) est constituée de matière ou pudgala , de forme définie ou indéfinie qui est constituée de minuscules particules innombrables et invisibles appelées permanu . Permanu occupe un point d'espace et chaque permanu a une couleur, une odeur, un goût et une texture définis. Des variétés infinies de permanu s'unissent et forment pudgala . La doctrine philosophique de l' atomisme et la nature des particules élémentaires ont également été étudiées par d' anciens philosophes grecs tels que Leucippe , Démocrite et Épicure ; d'anciens philosophes indiens tels que Kanada , Dignāga et Dharmakirti ; des scientifiques musulmans comme Ibn al-Haytham , Ibn Sina et Mohammad al-Ghazali ; et au début de l'Europe moderne par des physiciens tels que Pierre Gassendi , Robert Boyle et Isaac Newton . La théorie particulaire de la lumière a également été proposée par Ibn al-Haytham , Ibn Sina , Gassendi et Newton.

Ces premières idées ont été fondées par un raisonnement abstrait et philosophique plutôt que par l' expérimentation et l'observation empirique et ne représentaient qu'une ligne de pensée parmi tant d'autres. En revanche, certaines idées de Gottfried Wilhelm Leibniz (voir Monadologie ) contredisent presque tout ce qui est connu en physique moderne.

Au 19ème siècle, John Dalton , à travers ses travaux sur la stoechiométrie , a conclu que chaque élément chimique était composé d'un seul et unique type de particule. Dalton et ses contemporains croyaient qu'il s'agissait des particules fondamentales de la nature et les ont donc nommés atomes, d'après le mot grec atomos , signifiant « indivisible » ou « non coupé ».

Des atomes aux nucléons

Premières particules subatomiques

Cependant, vers la fin du 19ème siècle, les physiciens ont découvert que les atomes de Dalton ne sont pas, en fait, les particules fondamentales de la nature, mais des conglomérats de particules encore plus petites. L' électron a été découvert entre 1879 et 1897 dans les travaux de William Crookes , Arthur Schuster , JJ Thomson et d'autres physiciens ; sa charge a été soigneusement mesurée par Robert Andrews Millikan et Harvey Fletcher dans leur expérience de goutte d'huile de 1909. Les physiciens ont théorisé que les électrons chargés négativement font partie des " atomes ", avec une substance chargée positivement (encore inconnue), et cela a été confirmé plus tard . L'électron est devenu la première particule élémentaire véritablement fondamentale découverte.

Les études de la « radioactivité », qui révélèrent bientôt le phénomène de décroissance radioactive , ont fourni un autre argument contre la considération des éléments chimiques comme des éléments fondamentaux de la nature. Malgré ces découvertes, le terme atome s'est collé aux atomes (chimiques) de Dalton et désigne désormais la plus petite particule d'un élément chimique, et non quelque chose de vraiment indivisible.

Recherche de l'interaction des particules

Les physiciens du début du XXe siècle ne connaissaient que deux forces fondamentales : l' électromagnétisme et la gravitation , où cette dernière ne pouvait expliquer la structure des atomes. Ainsi, il était évident de supposer qu'une substance inconnue chargée positivement attire les électrons par la force de Coulomb .

Atome.svg

En 1909, Ernest Rutherford et Thomas Royds ont démontré qu'une particule alpha se combine avec deux électrons et forme un atome d' hélium . En termes modernes, les particules alpha sont de l' hélium doublement ionisé (plus précisément,4
Il
) atomes. La spéculation sur la structure des atomes a été sévèrement limitée par l' expérience de la feuille d'or de Rutherford en 1907 , montrant que l'atome est principalement un espace vide, avec presque toute sa masse concentrée dans un minuscule noyau atomique .

A l'intérieur de l'atome

Les chambres à nuages ​​ont joué un rôle important en tant que détecteurs de particules dans les premiers jours de la physique subatomique . Certaines particules dont le positron ont même été découvertes en utilisant cet appareil

En 1914, les expériences d'Ernest Rutherford, Henry Moseley , James Franck et Gustav Hertz avaient largement établi la structure d'un atome comme un noyau dense de charge positive entouré d'électrons de masse inférieure. Ces découvertes ont mis en lumière la nature de la désintégration radioactive et d'autres formes de transmutation des éléments, ainsi que des éléments eux-mêmes. Il est apparu que le numéro atomique n'est rien d'autre que la charge électrique (positive) du noyau atomique d'un atome particulier. Les transformations chimiques, régies par les interactions électromagnétiques , ne modifient pas les noyaux – c'est pourquoi les éléments sont chimiquement indestructibles. Mais lorsque le noyau change de charge et/ou de masse (en émettant ou en capturant une particule ), l'atome peut devenir celui d'un autre élément. La relativité restreinte a expliqué comment le défaut de masse est lié à l' énergie produite ou consommée dans les réactions. La branche de la physique qui étudie les transformations et la structure des noyaux est désormais appelée physique nucléaire , par opposition à la physique atomique qui étudie la structure et les propriétés des atomes en ignorant la plupart des aspects nucléaires. Le développement de la physique quantique naissante , comme le modèle de Bohr , a conduit à la compréhension de la chimie en termes d'arrangement des électrons dans le volume majoritairement vide des atomes.

EisenatomLichteffekt.svg

En 1918, Rutherford confirma que le noyau d' hydrogène était une particule avec une charge positive, qu'il nomma le proton . D'ici là, les recherches de Frederick Soddy sur les éléments radioactifs et les expériences de JJ Thomson et FW Aston ont démontré de façon concluante l'existence d' isotopes , dont les noyaux ont des masses différentes malgré des numéros atomiques identiques. Cela a incité Rutherford à conjecturer que tous les noyaux autres que l'hydrogène contiennent des particules sans charge, qu'il a nommées le neutron . Les preuves que les noyaux atomiques sont constitués de particules plus petites (maintenant appelées nucléons ) se sont développées; il est devenu évident que, tandis que les protons se repoussent électrostatiquement , les nucléons s'attirent par une nouvelle force ( force nucléaire ). Elle a abouti aux preuves de fission nucléaire en 1939 par Lise Meitner (basées sur des expériences d' Otto Hahn ), et de fusion nucléaire par Hans Bethe la même année. Ces découvertes ont donné lieu à une industrie active consistant à générer un atome à partir d'un autre, rendant même possible (bien que cela ne sera probablement jamais rentable) la transmutation du plomb en or ; et, ces mêmes découvertes ont également conduit au développement d' armes nucléaires .

Révélations de la mécanique quantique

Orbitales atomiques des éléments de Période 2 :
1s  2s  2 p (3 items).
Toutes les sous-couches complètes (y compris 2p) sont intrinsèquement symétriques sphériquement , mais il est pratique d'attribuer à des électrons p "distincts" ces formes à deux lobes.

Une meilleure compréhension des structures atomiques et nucléaires est devenue impossible sans améliorer les connaissances sur l'essence des particules. Des expériences et des théories améliorées (telles que les "ondes électroniques" d' Erwin Schrödinger ) ont progressivement révélé qu'il n'y avait pas de différence fondamentale entre les particules et les ondes . Par exemple, les ondes électromagnétiques ont été reformulées en termes de particules appelées photons . Il a également révélé que les objets physiques ne changent pas leurs paramètres, tels que l'énergie totale , la position et la quantité de mouvement , en tant que fonctions continues du temps , comme on le pensait en physique classique : voir transition électronique atomique par exemple.

Une autre découverte cruciale concerne les particules identiques ou, plus généralement, les statistiques quantiques des particules . Il a été établi que tous les électrons sont identiques : bien que deux électrons ou plus puissent exister simultanément avec des paramètres différents, mais ils ne gardent pas d'histoires distinctes et distinguables. Cela s'applique également aux protons, aux neutrons et (avec certaines différences) aux photons également. Il a suggéré qu'il existe un nombre limité de sortes de plus petites particules dans l' univers .

Le théorème de la statistique du spin a établi que toute particule dans notre espace - temps peut être soit un boson (ce qui signifie que sa statistique est Bose-Einstein ) ou un fermion (ce qui signifie que sa statistique est Fermi-Dirac ). Il a été découvert plus tard que tous les bosons fondamentaux transmettent des forces, comme le photon qui transmet la lumière. Certains bosons non fondamentaux (à savoir les mésons ) peuvent également transmettre des forces (voir ci - dessous ), bien que non fondamentales. Les fermions sont des particules "comme les électrons et les nucléons" et constituent généralement la matière. Notez que toute particule subatomique ou atomique composée d' un nombre total pair de fermions (tels que des protons, des neutrons et des électrons) est un boson, donc un boson n'est pas nécessairement un transmetteur de force et peut parfaitement être une particule matérielle ordinaire.

Le spin est la quantité qui distingue les bosons et les fermions. Pratiquement, il apparaît comme un moment angulaire intrinsèque d'une particule, qui n'est pas lié à son mouvement mais est lié à d'autres caractéristiques comme un dipôle magnétique . Théoriquement , il est expliqué à partir de différents types de représentations de groupes de symétrie , à savoir tenseur représentations (y compris les vecteurs et scalaires) pour bosons avec leur entier (en ħ ) tourne, et spinorielles représentations pour fermions avec leur demi-entier tourne.

Une meilleure compréhension du monde des particules a incité les physiciens à faire des prédictions audacieuses, comme Dirac 's positons en 1928 (fondé sur la mer Dirac modèle) et Pauli est neutrino en 1930 (fondé sur la conservation de l' énergie et le moment cinétique dans la désintégration bêta ) . Les deux ont été confirmés plus tard.

Cela a abouti à la formulation d'idées d'une théorie quantique des champs . La première (et la seule mathématiquement complète) de ces théories, l'électrodynamique quantique , permettait d'expliquer en profondeur la structure des atomes, notamment le tableau périodique et les spectres atomiques . Les idées de la mécanique quantique et de la théorie quantique des champs ont également été appliquées à la physique nucléaire. Par exemple, la désintégration α a été expliquée comme un effet tunnel quantique à travers le potentiel nucléaire, les statistiques fermioniques des nucléons expliquaient l' appariement des nucléons ,et Hideki Yukawa a proposé certaines particules virtuelles (maintenant connues sous le nom de mésons ) comme explication de la force nucléaire.

Inventaire

Cyclotron avec faisceau lumineux.jpg

Physique nucléaire moderne

Le développement de modèles nucléaires (tels que le modèle de la goutte liquide et le modèle de la coque nucléaire ) a rendu possible la prédiction des propriétés des nucléides . Aucun modèle existant d'interaction nucléon-nucléon ne peut calculer analytiquement quelque chose de plus complexe que4
Il
basé sur les principes de la mécanique quantique, cependant (notez que le calcul complet des couches d' électrons dans les atomes est également impossible pour l'instant).

La branche la plus développée de la physique nucléaire dans les années 1940 était les études liées à la fission nucléaire en raison de son importance militaire. L'objectif principal des problèmes liés à la fission est l'interaction des noyaux atomiques avec les neutrons : un processus qui se produit dans une bombe à fission et un réacteur à fission nucléaire . Il s'est progressivement éloigné du reste de la physique subatomique et est devenu pratiquement le génie nucléaire . Les premiers synthétisés éléments transuraniens ont également été obtenus dans ce contexte, par capture de neutrons et après β - désintégration .

Les éléments au-delà du fermium ne peuvent pas être produits de cette manière. Pour fabriquer un nucléide avec plus de 100 protons par noyau, il faut utiliser un inventaire et des méthodes de physique des particules (voir détails ci-dessous), à savoir accélérer et heurter des noyaux atomiques. La production d'éléments synthétiques de plus en plus lourds s'est poursuivie au 21e siècle en tant que branche de la physique nucléaire, mais uniquement à des fins scientifiques.

Le troisième courant important en physique nucléaire sont les recherches liées à la fusion nucléaire . Ceci est lié aux armes thermonucléaires (et à l' énergie thermonucléaire pacifique conçue ), ainsi qu'aux recherches astrophysiques , telles que la nucléosynthèse stellaire et la nucléosynthèse du Big Bang .

La physique va aux hautes énergies

Particules étranges et mystères de l'interaction faible

Dans les années 1950, avec le développement des accélérateurs de particules et des études des rayons cosmiques , les expériences de diffusion inélastique sur les protons (et d'autres noyaux atomiques) avec des énergies de l'ordre de centaines de MeV sont devenues abordables. Ils ont créé des "particules" de résonance de courte durée , mais aussi des hypérons et des mésons K avec une durée de vie inhabituellement longue. La cause de cette dernière a été trouvée dans une nouvelle quantité quasi- conservée , nommée étrangeté , qui est conservée en toutes circonstances sauf pour l' interaction faible . L'étrangeté des particules lourdes et le μ-lepton ont été les deux premiers signes de ce qu'on appelle aujourd'hui la deuxième génération de particules fondamentales.

L'interaction faible révéla bientôt un autre mystère. En 1957, Chien-Shiung Wu a prouvé qu'il ne conserve pas la parité . En d'autres termes, la symétrie miroir a été réfutée en tant que loi de symétrie fondamentale .

Tout au long des années 1950 et 1960, les améliorations apportées aux accélérateurs de particules et aux détecteurs de particules ont conduit à une variété déconcertante de particules trouvées dans les expériences à haute énergie. Le terme particule élémentaire en est venu à désigner des dizaines de particules, la plupart instables . Cela a suscité la remarque de Wolfgang Pauli : « Si j'avais prévu cela, je serais entré dans la botanique ». L'ensemble de la collection a été surnommé le " zoo de particules ". Il est devenu évident que certains constituants plus petits, mais invisibles, forment des mésons et des baryons qui comptaient la plupart des particules alors connues.

Constituants plus profonds de la matière

Classification de la rotation- 3/2 baryons connus dans les années 1960

L'interaction de ces particules par diffusion et désintégration a fourni une clé pour de nouvelles théories quantiques fondamentales. Murray Gell-Mann et Yuval Ne'eman ont mis de l'ordre dans les mésons et les baryons, les classes de particules les plus nombreuses, en les classant selon certaines qualités. Cela a commencé avec ce que Gell-Mann appelait la « voie octuple », mais en procédant en plusieurs « octets » et « décuplets » différents qui pouvaient prédire de nouvelles particules, le plus connu étant le
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, qui a été détecté au Brookhaven National Laboratory en 1964, et qui a donné naissance au modèle des quarks de la composition des hadrons. Alors que le modèle des quarks semblait au début inadéquat pour décrire des forces nucléaires fortes , permettant l'essor temporaire de théories concurrentes telles que la théorie de la matrice S , l'établissement de la chromodynamique quantique dans les années 1970 a finalisé un ensemble de particules fondamentales et d'échange ( Kragh 1999 ). Il a postulé l' interaction forte fondamentale , vécue par les quarks et médiée par les gluons . Ces particules ont été proposées comme matériau de construction pour les hadrons (voir hadronisation ). Cette théorie est inhabituelle car les quarks individuels (libres) ne peuvent pas être observés (voir confinement des couleurs ), contrairement à la situation des atomes composites où les électrons et les noyaux peuvent être isolés en transférant l' énergie d'ionisation à l'atome.

Ensuite, l'ancienne et large dénotation du terme particule élémentaire a été dépréciée et un terme de remplacement particule subatomique couvrait tout le "zoo", avec son hyponyme " hadron " se référant aux particules composites directement expliquées par le modèle des quarks. La désignation de particule « élémentaire » (ou « fondamentale ») était réservée aux leptons , aux quarks , à leurs antiparticules et aux quanta d'interactions fondamentales (voir ci-dessous) uniquement.

Quarks, leptons et quatre forces fondamentales

Parce que la théorie quantique des champs (voir ci - dessus ) ne postule aucune différence entre les particules et les interactions , la classification des particules élémentaires a également permis de classer les interactions et les champs .

Maintenant, un grand nombre de particules et d'interactions (non fondamentales) sont expliquées comme des combinaisons d'un nombre (relativement) restreint de substances fondamentales, considérées comme des interactions fondamentales (incarnées dans des bosons fondamentaux ), des quarks (y compris des antiparticules) et des leptons (y compris antiparticules). Comme la théorie distinguait plusieurs interactions fondamentales, il est devenu possible de voir quelles particules élémentaires participent à quelle interaction. À savoir:

Interactions de particules élémentaires.svg
  • Toutes les particules participent à la gravitation.
  • Toutes les particules élémentaires chargées participent à l'interaction électromagnétique.
  • Tous les fermions participent à l'interaction faible.
  • Les quarks participent à l'interaction forte, le long des gluons (ses propres quanta), mais pas les leptons ni les bosons fondamentaux autres que les gluons.

L'étape suivante était une réduction du nombre d'interactions fondamentales, envisagées par les physiciens du début du 20e siècle comme la « théorie des champs unis ». La première théorie unifiée moderne réussie était la théorie électrofaible , développée par Abdus Salam , Steven Weinberg et, par la suite, Sheldon Glashow . Ce développement a abouti à l'achèvement de la théorie appelée le modèle standard dans les années 1970, qui comprenait également l'interaction forte, couvrant ainsi trois forces fondamentales. Après la découverte, faite au CERN , de l'existence de courants faibles neutres , médiés par le boson Z prévu dans le modèle standard, les physiciens Salam, Glashow et Weinberg ont reçu le prix Nobel de physique 1979 pour leur théorie électrofaible. La découverte des bosons de faible jauge (quanta de l' interaction faible ) au cours des années 1980 et la vérification de leurs propriétés au cours des années 1990 est considérée comme une ère de consolidation en physique des particules.

Alors que les accélérateurs ont confirmé la plupart des aspects du modèle standard en détectant les interactions de particules attendues à diverses énergies de collision, aucune théorie conciliant la relativité générale avec le modèle standard n'a encore été trouvée, bien que la supersymétrie et la théorie des cordes aient été considérées par de nombreux théoriciens comme une voie prometteuse. . Le Grand collisionneur de hadrons , cependant, qui a commencé à fonctionner en 2008, n'a pas réussi à trouver un quelconque de preuve qui appuie la théorie supersymétrie et la chaîne, et il semble peu probable de le faire, ce qui signifie « la situation actuelle en théorie fondamentale est l' un d'un grave manque de toute nouvelle idée." Cet état de fait ne doit pas être considéré comme une crise de la physique, mais plutôt, comme l' a dit David Gross , "le genre de confusion scientifique acceptable que la découverte finit par transcender".

La quatrième force fondamentale, la gravitation , n'est pas encore intégrée de manière cohérente dans la physique des particules.

le boson de Higgs

Une signature possible d'un boson de Higgs à partir d'une collision proton-proton simulée. Il se désintègre presque immédiatement en deux jets de hadrons et deux électrons , visibles sous forme de lignes.

En 2011, le boson de Higgs , le quantum d'un champ censé fournir aux particules des masses au repos , restait la seule particule du modèle standard à être vérifiée. Le 4 juillet 2012, des physiciens travaillant au Grand collisionneur de hadrons du CERN ont annoncé qu'ils avaient découvert une nouvelle particule subatomique ressemblant beaucoup au boson de Higgs, une clé potentielle pour comprendre pourquoi les particules élémentaires ont des masses et en fait l'existence de la diversité et de la vie dans l'univers. Rolf-Dieter Heuer , le directeur général du CERN, a déclaré qu'il était trop tôt pour savoir avec certitude s'il s'agit d'une particule entièrement nouvelle, qui pèse 125 milliards d'électrons-volts – l'une des particules subatomiques les plus lourdes à ce jour – ou, en effet, la particule insaisissable prédite par le modèle standard , la théorie qui a régi la physique au cours du dernier demi-siècle. On ne sait pas si cette particule est un imposteur, une seule particule ou même la première de nombreuses particules encore à découvrir. Ces dernières possibilités sont particulièrement excitantes pour les physiciens car elles pourraient ouvrir la voie à de nouvelles idées plus profondes, au-delà du modèle standard , sur la nature de la réalité. Pour l'instant, certains physiciens l'appellent une particule « de type Higgs ». Joe Incandela , de l' Université de Californie à Santa Barbara , a déclaré : « C'est quelque chose qui pourrait, en fin de compte, être l'une des plus grandes observations de tout nouveau phénomène dans notre domaine au cours des 30 ou 40 dernières années, remontant à la découverte des quarks , par exemple." Les groupes exploitant les grands détecteurs du collisionneur ont déclaré que la probabilité que leur signal soit le résultat d'une fluctuation fortuite était inférieure à une chance sur 3,5 millions, ce qu'on appelle "cinq sigma", qui est l'étalon-or en physique pour une découverte . Michael Turner , cosmologiste à l'Université de Chicago et président du conseil du centre de physique, a déclaré

C'est un grand moment pour la physique des particules et un carrefour - sera-ce le point culminant ou sera-ce la première de nombreuses découvertes qui nous orienteront vers la résolution des très grandes questions que nous avons posées ?

—  Michael Turner , Université de Chicago

La confirmation du boson de Higgs ou quelque chose de similaire constituerait un rendez-vous avec le destin pour une génération de physiciens qui ont cru que le boson existait depuis un demi-siècle sans jamais le voir. De plus, il affirme une vue grandiose d'un univers régi par des lois simples, élégantes et symétriques, mais dans lequel tout ce qui l'intéresse est le résultat de défauts ou de ruptures dans cette symétrie. Selon le modèle standard, le boson de Higgs est la seule manifestation visible et particulière d'un champ de force invisible qui imprègne l'espace et imprègne les particules élémentaires qui seraient autrement sans masse de masse. Sans ce champ de Higgs, ou quelque chose du genre, les physiciens disent que toutes les formes élémentaires de la matière se déplaceraient à la vitesse de la lumière ; il n'y aurait ni atomes ni vie. Le boson de Higgs a atteint une notoriété rare pour la physique abstraite. Au grand désarroi de ses collègues, Léon Lederman, l'ancien directeur du Fermilab , l'a appelé la "particule de Dieu" dans son livre du même nom, plaisantant plus tard qu'il avait voulu l'appeler "la foutue particule". Le professeur Incandela a également déclaré,

Ce boson est une chose très profonde que nous avons trouvée. Nous pénétrons dans le tissu de l'univers à un niveau que nous n'avons jamais atteint auparavant. Nous avons en quelque sorte terminé l'histoire d'une particule [...] Nous sommes maintenant à la frontière, au bord d'une nouvelle exploration. Cela pourrait être la seule partie de l'histoire qui reste, ou nous pourrions ouvrir un tout nouveau domaine de découverte.

—  Joe Incandela, Université de Californie

Le Dr Peter Higgs était l'un des six physiciens, travaillant dans trois groupes indépendants, qui ont inventé en 1964 la notion de mélasse cosmique, ou champ de Higgs. Les autres étaient Tom Kibble de l' Imperial College de Londres ; Carl Hagen de l' Université de Rochester ; Gerald Guralnik de l'Université Brown ; et François Englert et Robert Brout , tous deux de l' Université Libre de Bruxelles . Une implication de leur théorie était que ce champ de Higgs, normalement invisible et, bien sûr, inodore, produirait sa propre particule quantique s'il était suffisamment touché par la bonne quantité d'énergie. La particule serait fragile et se désintégrerait en un millionième de seconde d'une douzaine de manières différentes en fonction de sa propre masse. Malheureusement, la théorie ne disait pas combien devrait peser cette particule, ce qui la rendait si difficile à trouver. La particule a échappé aux chercheurs d'une succession d'accélérateurs de particules, dont le Grand collisionneur électron-positon du CERN, qui a fermé ses portes en 2000, et le Tevatron du Fermi National Accelerator Laboratory , ou Fermilab, à Batavia, dans l'Illinois, qui a fermé ses portes en 2011.

D'autres expériences se sont poursuivies et en mars 2013, il a été provisoirement confirmé que la particule nouvellement découverte était un boson de Higgs.

Bien qu'ils n'aient jamais été vus, les champs de Higgs comme jouent un rôle important dans les théories de l'univers et dans la théorie des cordes. Dans certaines conditions, selon l'étrange comptabilité de la physique einsteinienne, ils peuvent être imprégnés d'une énergie qui exerce une force antigravitationnelle. De tels champs ont été proposés comme la source d'une énorme explosion d'expansion, connue sous le nom d'inflation, au début de l'univers et, peut-être, comme le secret de l'énergie noire qui semble maintenant accélérer l'expansion de l'univers.

Développement théorique ultérieur

Le développement théorique moderne comprend le raffinement du modèle standard, des recherches sur ses fondements tels que la théorie de Yang-Mills et des recherches sur des méthodes de calcul telles que le réseau QCD .

Un problème de longue date est la gravitation quantique . Aucune solution utile pour la physique des particules n'a été trouvée.

Poursuite du développement expérimental

Il y a des recherches sur le plasma de quarks et de gluons , un nouvel état (hypothétique) de la matière. Il existe également des preuves expérimentales récentes de l'existence de tétraquarks , de pentaquarks et de boules de colle .

La désintégration du proton n'est pas observée (ou, généralement, la non-conservation du nombre de baryons ), mais prédite par certaines théories s'étendant au-delà du modèle standard, d'où des recherches.

Voir également

Remarques

Les références

  • Kragh, Helge (1999), Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century , Princeton: Princeton University Press.