• Comportement du chien et
    du chat
  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
  • Biologie, neurosciences et
    sciences en général
  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
    mais de poser une limite à l'erreur infinie
    • La vie de Galilée de Bertold Brecht

Modèle standard des particules
W± et Z0 : bosons de jauge de l'interaction faible

Sommaire
  1. Mécanique quantique
  2. Modèle standard des particules
    1. Vue d'ensemble
      1. Statistique de Fermi-Dirac
      2. Principe d'exclusion de Pauli
      3. Statistique de Bose-Einstein
      4. Antiparticules
        1. Annihilation particules/antiparticules
        2. Asymétrie baryonique de l'univers
          1. Vue d'ensemble
          2. Baryogenèse
    2. Atome
      1. Noyau
        1. Nucléons
          1. Neutron
          2. Proton
          3. Nombre de nucléons et tableau périodique
          4. Forces intervenant dans le noyau
        2. Structure nucléaire
          1. Modèle de la goutte liquide
            1. Vue d'ensemble
            2. Nombres magiques et vallée de la stabilité
          2. Modèle en couches
          3. Modèle du champ moyen
      2. Électrons
        1. Propriétés des électrons
        2. Orbitales et spin-orbitales
        3. Ionisation et ions
    3. Fermions
      1. Vue d'ensemble
      2. Quarks
        1. Vue d'ensemble
        2. Propriétés des quarks
        3. Saveurs des quarks
      3. Hadrons
        1. Baryons
          1. Vue d'ensemble
          2. Nombre baryonique
          3. Classification des baryons
            1. Baryons stables : nucléons
            2. Baryons instables
              1. Baryons Delta
              2. Baryons Lambda
              3. Baryons Sigma
              4. Baryons Xi
              5. Baryons Oméga
        2. Mésons
          1. Vue d'ensemble des mésons
          2. Propriétés des mésons
          3. Classification et liste des mésons
            1. Kaons
            2. Pions
      4. Leptons
        1. Vue d'ensemble
        2. Nombres leptoniques
        3. Propriétés des leptons
    4. Bosons
      1. Vue d'ensemble
      2. Gluons : bosons de jauge de l'interaction forte
        1. Propriétés des gluons
        2. Échanges de gluons
        3. Autres formes de gluons
      3. Photons : bosons de jauge de l'interaction électromagnétique
        1. Propriétés des photons
        2. Émission et absorpton de photons
        3. Particules et vitesse de la lumière
      4. Bosons W± et Z0 : bosons de jauge de l'interaction faible
      5. Boson de Higgs
        1. Mécanisme de Higgs
        2. Propriétés du boson de Higgs
    5. Réactions nucléaires
      1. Fusion
      2. Fission
      3. Radioactivité
      4. Photodesintegration
      5. Spallation
      6. Multifragmentation
    6. Rayonnements et interactions avec la matière
      1. Diffusion (ou choc)
      2. Rayonnements ionisants
      3. Interactions des rayonnements avec la matière
        1. interactions de photons avec la matière
        2. interactions des particules massives
  3. Interactions ou forces fondamentales
    1. Vue d'ensemble
      1. Interaction nucléaire forte
      2. Interaction électromagnétique
      3. Interaction faible
      4. Gravitation
    2. Comment expliquer que les soient portées par des particules ?
      1. Que se passe-il en mécanique quantique ?
      2. Paramètres libres
        1. Constantes de couplages
        2. Autres paramètres libres
    3. Chromodynamique quantique (QCD)
      1. Charges de couleur
        1. Couleurs des quarks
        2. Couleurs des gluons
        3. Changements de couleurs
      2. Isospin (fort ou spin isobarique)
    4. Électrodynamique quantique (QED)
      1. Vue d'ensemble
      2. Diagramme de Feynmann
    5. Interaction faible
      1. Propriétés de l'interaction faible
      2. Isospin faible
    6. Interaction électrofaible
    7. Gravitation
  4. Modèle de l'univers : Big Bang

Bibliographie

Les bosons, en tant que particules élémentaires, représentent des quanta d'énergie-impulsion qui constituent des interactions élémentaires ou fondamentales.

L'interaction faible (ou force faible et même force nucléaire faible) est responsable de la désintégration radioactive de particules subatomiques et est à l'origine de la fusion nucléaire dans les étoiles. (cf. nucléosynthèse stellaire).

Bosons de jauge W± et Z0

Les bosons W± et Z0 ont plusieurs caractéristiques.

  • Le boson W+ est l'antiparticule de W- ;
  • Le boson Z0 est sa propre antiparticule.

Les bosons W± sont impliqués dans l'absorption et l'émission de neutrinos.

Bosons
Bosons
(Figure : vetopsy.fr)

Le boson Z0 n'est pas impliqué dans le processus précédent, mais dans celui de transfert d'énergie-impulsion ou de spin : on parle de diffusion élastique, i.e. l'énergie cinétique d'une particule est conservée, mais son sens de propagation est modifiée, ou de collision élastique.

Remarque : les neutrinos peuvent subir aussi bien une diffusion élastique par l'échange de boson Z0, qu'inélastique par celui des bosons W± (loupediffusion inélastique profonde).

Propriétés des bosons 
 de jauge W± et Z0

Masse des bosons W± et Z0

Leur masse est très élevée : 80400 MeV/c2 pour les bosons W, et 91200 MeV/c2 pour le boson Z (semblable à l'atome de fer).

Désintégrations des kaons neutres
Désintégrations des kaons neutres
(Figure : vetopsy.fr)

Les interactions électromagnétiques et la gravitation ont une portée infinie car leurs particules sont sans masse.

Spin et isospin faible des bosons W± et Z0

Leur spin est de 1, comme celui de tous les bosons.

L'isospin faible est un nombre quantique relatif à l'interaction faible lié au groupe de transformation de jauge $ SU_L(2)$ qui a trois générateurs.

Les bosons ont un isospin faible de :

L'isospin faible est conservé lors des désintégrations.

  • W+, d'isospin faible $T_3=1$ est émis lors d'interactions dans lesquelles $T_3=+1/2\rightarrow T_3=-1/2$ ;
  • W-, d'isospin faible $T_3=-1$ est émis lors d'interactions dans lesquelles $T_3=-1/2\rightarrow T_3=+1/2$ ;
  • W0, d'isospin faible $T_3=0$ est émis lors d'interactions dans lesquelles $T_3$ n'est pas modifié.
attention

Dans la théorie électrofaible, les bosons W0 et $ B_\mu$ (très faible) se combinent pour arriver à l'observation du boson Z0 ou du photon.

L'isospin est en relation avec l'hypercharge faible par la formule : $Q=T_3+\frac {Y_W}{2}$

Désintégration du neutron
Désintégration du neutron
(Figure : vetopsy.fr)

Désintégrations des bosons W± et Z0

Les bosons W se désintègrent en :

  • un lepton et un neutrino : $e^++\nu_e$, $\mu^++\nu_\mu$ ou $\tau^++\nu_\tau$ ;
  • un quark et un antiquark down : $u\bar d$ - ou $\bar s$ ou $\bar b$ - ou $c\bar d$ - ou $\bar s$ ou $\bar b$ -.

Les bosons Z0 se désintègrent en un fermion et son antiparticule (loupearticle)

Charge électrique des bosons W± et Z0

1. Les bosons W± sont porteurs d'une charge électrique ($e^-$ et $e^+$) et sont couplés à un courant électrique faible :

$(J^{em})^\mu=\bar\psi\gamma^\mu\psi$ où $\psi$ est un spineur de Dirac, $\bar\psi$, son conjugué, et $\gamma^\mu$, les matrices de Dirac.

Collisions proton/antiproton du CERN
Collisions proton/antiproton du CERN
(Figure : vetopsy.fr)

Si on reprend l'interaction de Fermi, on peut la décrire dans le modèle de Glashow-Weinberg-Salam qui montre une interaction à 3 points avec un couplage $g_W$ par l'interaction du boson W.

  • $n\;\rightarrow\;p+W^-\rightarrow\;p+e^-+\bar\nu_e$ ou $n\;\rightarrow\;p+W^+\rightarrow\;p+e^++\nu_e$
  • dans laquelle les bosons $W^\pm$ sont chargés et virtuels.

La constante de couplage est donnée par :

  • $G_F=\dfrac{\sqrt2g^2}{8m^2_W}$ où $g$ est la nouvelle constante de couplage avec $m_W$ la masse du boson W, $1/m^2_W$ est le propagateur du boson.
  • $G_F=1,16637\cdot10^{-5}\;GeV^{-2}$ est la constante de Fermi, force de l'interaction faible, qui est retrouvée pour des énergies faibles ou des grandes distances.

2. Pour le boson Z0, de charge électrique nulle, le courant est neutre et il n'a été découvert qu'en 1973 dans la chambre à bulles, en particulier, Gargamelle du CERN, ce qui a ouvert la voie à la théorie électrofaible.

Les neutrinos $\nu_\mu$ interagissent avec la matière en l'absence de charge :

$\nu_\mu+N\;\rightarrow\;\nu_\mu+X$, où $N$ est un nucléon et $X$ un hadron.

Boson de Higgs

Bibliographie
  • Pas de bibliographie disponible