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Un univers de particules

23-10-2015

En 1930, le physicien autrichien Wolfgang Pauli a inventé une particule hypothétique, le « neutrino », pour résoudre une énigme à laquelle étaient confrontés les physiciens peu après la découverte de la radioactivité. Ça a l’air plutôt simple la physique ! Pas vraiment : le chercheur a dû effectuer des calculs très complexes pour prédire l’existence de cette particule avant d’obtenir, vingt-six ans plus tard, la preuve expérimentale !

Pendant longtemps, les scientifiques ont pensé que l’atome était la plus petite particule qui existait dans l’Univers. On sait maintenant qu’il y a des particules encore plus petites et indivisibles (comme le neutrino) : les particules élémentaires. C'est dans les années 60 que les physiciens ont élaboré une théorie pour expliquer la complexité et la diversité de la matière qui constitue l’Univers : le modèle standard de la physique des particules. Et depuis, cette théorie ne cesse d’évoluer !

D’après ce modèle, toute la matière qui nous entoure résulte de l’agencement de 12 particules élémentaires, appelées fermions. Il existe deux grandes familles de fermions. Les leptons, dont les électrons font partie (tu sais, ce sont eux qui gravitent autour du noyau des atomes) et les quarks. D’autres particules élémentaires, les bosons, assurent en quelque sorte la communication entre ces 12 particules. Bosons, ce nom te dit quelque chose? Pas étonnant, « BUZZons, particules de savoir » est un clin d’œil aux bosons ! À chaque boson est associée une force. Par exemple, les photons pour la force électromagnétique : ce sont eux qui sont responsables du magnétisme et de la lumière. Les bosons W et Z pour la force faible à la base de la radioactivité et de la fusion nucléaire au sein du Soleil par exemple. Le gluon pour la force forte qui agit à un niveau microscopique, c'est grâce à cette force que les atomes existent.

En 2013, les scientifiques ont fait la découverte du boson de Higgs, dont l’existence avait été prédite en 1964. Ce boson ne représente pas une force, mais un champ de force qui a la particularité de conférer une masse aux particules qui le traverse. Le boson de Higgs était la pièce manquante pour expliquer la formation et le fonctionnement de notre univers.

Toutes ces particules ont fini par être observées, pourtant elles sont invisibles au microscope. Pour te donner un ordre de grandeur, la molécule est 100 fois plus petite qu’un virus, l’atome 10 fois plus petit que la molécule, le noyau 10 000 fois plus petit que l’atome et le quark 100 000 fois plus petit que le noyau ! Comment les chercheurs font-ils ? Ils utilisent un accélérateur de particules qui, comme son nom l’indique, accélère des faisceaux de particules pour provoquer de fortes collisions à la suite desquelles il est possible d’observer les particules étudiées et leurs interactions avec la matière.

Ces découvertes ont permis de mieux comprendre notre Univers, mais les chercheurs ne sont pas au bout de leur peine : la matière que l’on connait représenterait seulement 4 % de l’Univers !

 

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