Physique des particules et Physique Nucléaire

PHYS-F305

Première partie: Physique des Particules

Laurent Favart

année 2020-21: BA Phys. Bloc 3

1

PHYS-F305 - L. Favart - Chapitre I

Contenu du cours

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I. Introduction II. Moyens d’investigations III. Découverte des particules et des interactions forte et faible IV. Les accélérateurs V. Interactions particules-matière VI. Détection et identification des particules VII. Quarks et leptons : les constituants de la matière VIII. Modélisation des interactions fondamentales

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Plan du chapitre I

3

I - Introduction

1. La physique des particules élémentaires 2. Structures élémentaires - de l'antiquité au XXe siècle 3. Ordres de grandeur et unités 4. Quadri-vecteurs et invariants 5. Les interactions fondamentales 6. Le Modèle Standard de la physique des particules 7. Notion de section efficace 8. Lien avec la cosmologie

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Structure de la matière

4

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Limite optique

5

GHzMHz

4G: 700 MHz - 2.6 GHz

5G : 25 GHz

10-6 10-4 10-2 1 102 104 106 108 1010 1012

Energie (eV)106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1024 1026

de 1 photoneVmeV keV MeV GeV

⇣⇣me mp

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Echelles spatiale et d’énergie

6

Electronvolt 1 eV = 1,6 10-19 J kilo keV 103

Méga MeV 106 Giga GeV 109

Téra TeV 1012

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Interactions faibles

7

échange de W : désintégration beta

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Interactions faibles

8

échange de Z0

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Interactions fortes

9

collision entre ions: échanges de gluons

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Les interactions

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Le modèle Standard

11

RGB

2/3

2.3 MeV

up

u

RGB

−1/3

4.8 MeV

down

d

−1

511 keV

electron

e

< 2 eV

e neutrino

νe

RGB

2/3

1.28 GeV

charme

c

RGB

−1/3

95 MeV

etrange

s

−1

105.7 MeV

muon

µ

< 190 keV

µ neutrino

νµ

RGB

2/3

173.2 GeV

top

t

RGB

−1/3

4.7 GeV

beaute

b

−1

1.777 GeV

tau

τ

< 18 MeV

τ neutrino

ντ ±1

80.4 GeV

W±

91.2 GeV

Z

photon

γ

gluon

g

125.1 GeV

Higgs

H

interactionforte

(couleu

r)

int.electrom

agnetiqu

e(ch

arge)

interactionfaib

le(isosp

infaib

le)

massecouleurscharge

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Masses des particules élémentaires

12

Hbd

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Lien avec la cosmologie

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Formation des atomes

Formation des hadrons

Création de particles par paires

Formation des noyaux D, He, Li

Brisure électro-faible

photons échappent

disparition anti-quarks

GeV

MeV

TeV

10-10 s

10-34 s

102s

1013s