Notes sur le phénomène du Big Bang: la force, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez10 janvier 2014

Notes sur le phénomène du Big Bang: la force, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur le phénomène du Big Bang: la force. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: les constituants de la matière, La force électrofaible, La force nucléaire forte.
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Phénomène du Big Bang : Force

Après cette brève description des constituants de la matière, passons à ce qui crée les

interactions entre ces constituants : les forces. Tous les phénomènes physiques observables

dans la nature peuvent s'expliquer en faisant appel à quatre forces fondamentales, la force de

gravitation, la force électromagnétique, la force nucléaire forte et la force nucléaire faible. Mais

qu'est-ce qu'une force ?

Une réponse satisfaisante à cette question n'a été apportée que relativement récemment, dans

les années 1940. A cette époque apparut une théorie, appelée l'électrodynamique quantique,

qui réussit à clarifier le concept de force électromagnétique en s'appuyant sur les acquis de la

mécanique quantique. Dans cette théorie, l'interaction électromagnétique n'était plus décrite

comme le résultat d'une mystérieuse force, mais s'expliquait simplement comme le résultat

d'un échange de photons entre particules. Avec cette nouvelle vision des choses,

l'électrodynamique quantique réussit à expliquer des phénomènes jusqu'alors

incompréhensibles et se montra supérieure à toute autre explication de l'origine de cette force.

Ce succès ouvrit la voie à la compréhension des autres forces. A la fin des années 1960, il

apparut que, tout comme l'interaction électromagnétique, la force nucléaire faible pouvait

s'interpréter comme un échange de particules. Mais il ne s'agissait pas dans ce cas d'un photon,

mais de trois différents porteurs appelés les bosons vecteurs intermédiaires. Ces trois types de

particules, d'abord nés dans l'imagination des chercheurs, furent détectés au début des années

1980 dans les accélérateurs du CERN, ce qui prouvait de façon éclatante la justesse de la

nouvelle vision des choses.

La force électrofaible

Mais la réinterprétation du concept de force allait encore plus loin. Elle affirmait que les forces

électromagnétique et faible pouvaient être unifiées en une interaction unique, appelée la force

électrofaible. Bien qu'apparemment très différentes, les deux interactions doivent posséder une

nature profonde identique. Cette dernière ne se révèle que dans des conditions extrêmes. En

effet, la théorie montre que si les particules en jeu ont une énergie énorme, correspondant à

une température de 10^15 kelvins, les deux interactions sont indiscernables et les trois bosons

vecteurs intermédiaires se comportent exactement comme des photons. Par contre, dans des

conditions normales, les deux interactions se différencient et les quatre types de porteurs

retrouvent des propriétés bien distinctes, comme par exemple leur masse.

La force nucléaire forte

Parallèlement au développement de la théorie électrofaible, d'énormes progrès furent accomplis

dans la compréhension de l'interaction forte. Vu le succès de l'électrodynamique quantique, les

physiciens utilisèrent les mêmes principes de base pour décrire la force nucléaire forte. Dans la

nouvelle théorie, la chromodynamique quantique, l'interaction forte entre quarks s'explique

également comme un échange de particules. Dans ce cas, il s'agit des gluons, dont il existe huit

différents types. La force ainsi créée a une portée très faible, mais elle est très puissante, ce qui

explique que les quarks ne se trouvent jamais à l'état isolé, mais préfèrent se regrouper pour

former un hadron.

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