updated 4-JUL-1995 by MCW
original by Matt Austern
traduction lgmdmdlsr dec 2000
Les particules (observées) sont classées en deux catégories principales: les particules matérielles, et les bosons de jauge ["gauge bosons"]. On s'occupera des bosons de jauge plus loin dans ce texte. On classe ensuite les particules matérielles en trois sous catégories: les leptons, les mésons et les baryons. Les leptons sont des particules qui ressemblent à l'électron: il ont un spin 1/2, et ne subissent pas l'interaction nucléaire forte. Il y a trois leptons chargés, l'électron, le muon et le tau, et trois leptons neutres correspondants, appelés neutrinos. (Le muon et le tau ont tous deux une courte durée de vie.)
Les mésons et les baryons subissent tous deux l'interaction forte. La différence est que les mésons ont un spin entier (0, 1, ...) alors que les baryons ont un spin demi entier (1/2, 3/2, ...). Les baryons les plus communs sont le proton et le neutron; tous les autres ont une faible durée de vie. Le méson le plus commun est le pion; sa durée de vie est 26 nanosecondes, et tous les autres mésons disparaissent plus vite.
La plupart de ces 150 (et plus!) particules sont des mésons ou des baryons, ou, pour les désigner collectivement, des hadrons. La situation a été considérablement simplifiée dans les années 60 par le "modèle du quark", qui énonce que les hadrons sont constitués par des particules de spin 1/2 appelées quarks. Un méson, dans ce modèle, est constitué d'un quark et d'un anti-quark, et un baryon est constitué de trois quarks. On ne voit pas de quarks libres (ils sont trop liés entre eux pour cela), mais seulement des hadrons; néanmoins, l'hypothèse des quarks est très séduisante. Les masses des quarks ne sont pas bien définies, car ils ne sont pas des particules libres, mais on peut fournir des estimations. Les masses citées ci-dessous sont données en GeV; la première citée est la masse libre et la deuxième la masse constitutive ( qui prend en compte certains effets de l'énergie de liaison):
génération : 1 2 3 U-like: u=.006/.311 c=1.50/1.65 t=91-200/91-200 D-like: d=.010/.315 s=.200/.500 b=5.10/5.10Dans le modèle du quark, il y a seulement 12 particules, qui sont rangées en trois "générations". La première génération est constituée du quark "up", du quark "down", de l'électron et du neutrino électron (chacune possédant son antiparticule associée). Ces particules constituent toute la matière ordinaire, celle qu'on peut voir autour de nous. Il y a deux autres générations, qui y ressemblent beaucoup, si ce n'est que les particules y sont plus lourdes. La seconde génération est constituée du quark "charm", du quark "strange", du muon et du neutrino muon; et la troisième contient le quark "top", le quark "bottom", le tau et le neutrino tau. Ces trois générations sont parfois appelées respectivement: la "famille de l'électron", la "famille du muon", et la "famille du tau".
Pour finir, d'après la théorie quantique des champs, les particules interagissant en échangeant des "bosons de jauge", qui sont aussi des particules. Celle qui est la plus familière est le photon, vecteur de l'interaction électromagnétique. Il y a aussi huit gluons, vecteurs de l'interaction forte, et le W+, le W-, et le Z, vecteurs de l'interaction faible.
Le tableau est alors le suivant:
PARTICULES FONDAMENTALES DE LA MATIERE Charge ------------------------- -1 | e | mu | tau | 0 | nu(e) |nu(mu) |nu(tau)| ------------------------- + antiparticules -1/3 | down |strange|bottom | 2/3 | up | charm | top | ------------------------- BOSONS DE JAUGE Charge intéraction 0 photon électromagnétique 0 gluons (il y en a 8) interaction nucléaire forte +-1 W+ et W- intéraction faible 0 Z intéraction faibleLe Modèle Standard des particules de la physique prévoit aussi l'existence d'un "boson de Higgs", qui a quelque chose à voir avec une brisure de symétrie entre ces interactions, et qui est aussi responsable de la masse de toutes les autres particules. Il n'a pas encore été trouvé. Des théories plus complexes prédisent l'existence de particules supplémentaires, comme par exemple des gauginos et des sleptons et des squarks (théorie de la supersymétrie), des W' et des Z' (bosons supplémentaires véhiculant l'interaction faible), des bosons X et bosons (théories de grandes unification ou GUT), des majorons, familons, axions, paraleptons, ortholeptons, technipions (théories appelées "technicolor models"), des B' (hadrons avec es quarks d'une quatrième génération), des monopoles magnétiques, des e* (leptons excités), etc. Aucune de ces particules exotique n'a encore été observée. La recherche continue!
There are several good books that discuss particle physics on a level accessible to anyone who knows a bit of quantum mechanics. One is Introduction to High Energy Physics, by Perkins. Another, which takes a more historical approach and includes many original papers, is Experimental Foundations of Particle Physics, by Cahn and Goldhaber.
For a book that is accessible to non-physicists, you could try The Particle Explosion by Close, Sutton, and Marten. This book has fantastic photography.
For a Web introduction by the folks at Fermilab, take a look at http://fnnews.fnal.gov/hep_overview.html