Le modèle standard de la physique des particules, comment ça marche ?
De quoi le monde est-il composé ? Et vous-même, de quoi êtes-vous composé ? Pour le découvrir, il nous faut faire un voyage au cœur de l’infiniment petit, à la découverte du célèbre modèle standard de la physique des particules.
Le modèle standard, c’est la théorie scientifique qui classifie les plus petites unités connues de la matière, c’est-à-dire les particules élémentaires, ainsi que toutes les interactions qu’il peut y avoir entre elles.
Une particule élémentaire, qu’est-ce que c’est ? C’est simplement une particule qui n’est pas composée d’autres particules. Elle est indivisible.
Une interaction, c’est lorsque des particules en présence les unes des autres réagissent : par exemple en se repoussant ou en s’attirant (pour former des atomes par exemple), mais surtout en échangeant de l’énergie.
Le modèle standard classe les particules élémentaires en deux groupes. D’un côté, les particules de matière : les fermions. De l’autre, les particules d’interaction : les bosons.
Quels ingrédients pour composer la matière ?
Les particules de matière sont à la base de tout ce qui compose l’Univers (vous, les planètes, les étoiles et même votre hamster).
Elles sont divisées en deux groupes : les quarks et les leptons. Elles sont en tout au nombre de 12, dont 6 quarks et 6 leptons (dans les leptons on retrouve notamment le fameux électron). Voilà, 12 particules élémentaires, c’est tout ce qu’il vous faut pour composer toute la matière du monde !
Des particules de matière, juste ça ?
Alors, l’univers serait « juste » fait de particules de matière ? Pas tout à fait… Pour compléter notre modèle standard, il faut ajouter les bosons, dont nous avons parlé plus haut : ce sont les particules d’interaction. Car les particules de matière ne se contentent pas d’être là ; elles interagissent entre elles. Et quand elles échangent de l’énergie, ce sont les bosons qui font le travail.
Que les quatre forces soient avec vous
Avant d’aller plus loin, il faut savoir que l’univers est gouverné par quatre forces fondamentales :
- la gravitation, responsable de l’attraction entre des corps massifs ; le terme « attraction » est d’ailleurs approximatif, car en réalité les corps ne s’attirent pas mais « tombent » les uns vers les autres.
- la force électromagnétique, responsable de l’attraction ou de la répulsion entre particules chargées électriquement,
- la force nucléaire forte, responsable de la cohésion du noyau atomique (sinon les particules partiraient dans tous les sens et il n’y aurait pas d’atomes),
- la force nucléaire faible, qui contrebalance la précédente ; elle permet de transformer des particules en d’autres particules. C’est elle qui produit les radiations.
Ces forces sont à elles quatre responsables de tous les phénomènes physiques ! La gravitation est la plus faible de ces quatre forces et ne fait pas partie du modèle standard – qui ne concerne donc que les particules, si vous avez bien suivi.
L’énigmatique boson de Higgs, enfin découvert
Il nous reste donc trois forces fondamentales qui s’intègrent au modèle. Et c’est là qu’interviennent nos bosons. En effet, les particules élémentaires de matière (les fermions, si vous avez bien suivi) s’échangent des bosons et par là-même transfèrent de discrètes quantités d’énergie. Elles interagissent. A chaque force fondamentale correspond son boson : la force électromagnétique est véhiculée par le photon, la force nucléaire forte par le gluon et la force nucléaire faible par les bosons W et Z. Les bosons sont donc le ciment qui permet de relier plusieurs fermions entre eux.
Enfin, il existe dans le modèle standard un dernier boson, le boson de Higgs, qui ne représente pas une force mais un champ, le champ de Higgs, qui donne leur masse aux particules qui le traversent.
La preuve expérimentale de l’existence du boson de Higgs, que certains s’amusent à appeler « la particule de Dieu », a été faite seulement en 2012, et cela a été un grand événement. Les scientifiques qui avaient postulé son existence théorique (en 1964), ont même reçu le Prix Nobel de physique à cette occasion !
Voilà, avec ça vous êtes initié au modèle standard ! Bien sûr, il reste encore beaucoup de choses à dire dessus. Aussi, si vous souhaitez aller plus loin et compléter ces informations, nous vous recommandons la chaîne YouTube Deux gouttes de culture, et sa vidéo Tout comprendre de la physique des particules.
Fanny Aici
