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    du chat
  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
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    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
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

définition

Le modèle standard des particules élémentaires est un modèle théorique qui concerne les interactions élémentaires ou fondamentales et la classification de toutes les particules subatomiques connues.

Les quatre interactions fondamentales
Les quatre interactions fondamentales
(Figure : vetopsy d'après Observatoire de Paris / U.F.E.)

Les interactions fondamentales sont au nombre de quatre.

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 (nucléosynthèse stellaire).

Ses particules sont les 3 bosons de jauge : Z0, W±.

Le boson de Higgs, découvert en 2012, confère une masse non nulle aux bosons de jauge de l'interaction faible et leur donne des propriétés différentes de celles du boson de l'interaction électromagnétique, le photon.

bien

On peut unifier l'interaction faible et électromagnétique sous l'appellation d'interaction électrofaible décrite par le modèle de Glashow-Weinberg-Salam en 1967.

Évolution des théories de l'interaction faible
Évolution des théories de l'interaction faible
(Figure : vetopsy.fr)

Rappels sur l'interaction faible

La radioactivité bêta (β) était connue depuis Henri Becquerel (1852-1908) en 1896.

  • $\beta$ correspond à une particule $\beta$, électron ou positron. C'est pourquoi on parle de désintégration (autre terme pour radioactivité) β- ou β+.
  • $\alpha$ correspond à l'émission d'un atome d'hélium $^4_2He$, et on parle de désintégration $\alpha$.

Enrico Fermi (1901-1954) qui introduisit l'interaction faible en 1930, pour la désintégration bêta (β) du neutron, appelée aussi interaction de Fermi, en proton, électron et antineutrino (désintégration β-) qui est décrite comme une interaction à 4 points :

$$n\;\rightarrow\;p\;+\;e^-+\bar\nu_e+782\,keV$$

Le modèle de Glashow-Weinberg-Salam, décrit en 1967, montre une interaction à 3 points avec un couplage $g_W$ par l'interaction du boson W (cf. interaction électrofaible).

La radioactivité β est responsable de la nucléosynthèse dans les étoiles.

Dans le soleil (étoile jeune), l'hydrogène se transforme en hélium (cf. fusion de l'hydrogène)

On peut citer d'autres exemples d'interactions faibles comme :

  • la désintégration des hadrons : $\pi^+\rightarrow\;\mu^++\nu_\mu$ ou $\Lambda^0\,\rightarrow\;p+\pi^-$…
  • la capture des antineutrinos : $\bar\nu_e+p\;\rightarrow\;n+e^+$.
Bosons
Bosons
(Figure : vetopsy.fr)

Propriétés sur l'interaction faible

Elle est appelée interaction faible car :

  • sa portée est très courte car la masse des bosons, procurée par le boson de Higgs, est élevée ;
  • son intensité est faible : 104 fois moins que celle de l'interaction électromagnétique et 106 fois moins que celle de l'interaction nucléaire forte ;
  • sa durée n'excède pas 10-8 seconde : par exemple, la désintégration faible $\pi^+\,\rightarrow\;\mu^++\nu_\mu$ a une durée approximative de 10-8 seconde, alors que la désintégration électromagnétique $\pi^0\,\rightarrow\;\gamma+\gamma$ est de l'ordre de 10-17 seconde.

Cette interaction faible a plusieurs particularités :

bien

Cette interaction faible permet à tous les fermions l'échange d'énergie, de masse ou de charge électrique, leur permettant de changer de famille et de saveur.

On peut classer les interactions faibles en utilisant les diagrammes de Feynmann :

1. interactions faibles leptoniques, i.e. couplées uniquement à des leptons :

  • désintégration du muon : $\mu^-\rightarrow\;e^-+\nu_\mu+\bar\nu_e$
  • désintégration du tauon : $\tau^-\rightarrow\;\mu^-+\nu_\tau+\bar\nu_\mu$
Désintégration du neutron
Désintégration semi-leptonique du neutron
(Figure : vetopsy.fr)

2. interactions faibles semi-leptoniques, i.e. couplées sur un sommet à des quarks et l'autre sommet à des leptons :

  • désintégration de Fermi du neutron : $n\;\rightarrow\;p+e^-+\bar\nu_e$,
  • désintégration du pion : $\pi^-\rightarrow\;\mu^-+\bar\nu_\mu$
  • désintégration du kaon $K^+$ : $K^+\rightarrow\;\mu^++\nu_\mu$
  • désintégration du kaon $K^-$ : $K^-\rightarrow\;\mu^-+\bar\nu_\mu$
  • désintégration du baryon Lambda $\Lambda^0$ : $\Lambda^0\rightarrow\;p+e^-+\nu_e$

3. interactions fasibles non-leptoniques, i.e. couplées uniquement à des quarks :

  • désintégration du kaon $K^+$ : $K^+\rightarrow\;\pi^++\pi^0$
  • désintégration du baryon Lambda $\Lambda^0$ : $\Lambda^0\rightarrow\;p+\pi^-$
  • désintégration du baryon Xi $\Xi^0$ : $\Xi^0\rightarrow\;\Lambda^0+\pi^0$

Bosons de jauge W± et Z0

Bibliographie
  • Pas de bibliographie disponible