Le modèle standard est un ensemble de formules mathématiques et de mesures décrivant les particules élémentaires et leurs interactions. Il est similaire à la façon dont le tableau périodique des éléments décrit les atomes, en les classant en fonction de leurs caractéristiques, mais à la place, le modèle standard classe les particules élémentaires – fermions et bosons.
Développé par étapes à partir du début des années 1970, le modèle a combiné les connaissances de l’époque sur les particules et les forces pour élaborer une théorie quantique de la matière parfaitement cohérente.
Non seulement il a bien décrit et cartographié ce qui était connu, mais il a présenté des lacunes qui prédisaient l’existence de particules encore à découvrir, comme le boson de Higgs.
Le modèle standard est actuellement la théorie la plus précise couvrant les fondements de la physique des particules. Mais il est loin d’être parfait, car il peine à intégrer la description de la gravité par la relativité générale, à nous dire pourquoi l’Univers est en expansion toujours plus rapide ou à expliquer pourquoi il y a plus de matière que d’antimatière.
Familles de particules
Le modèle standard classe les particules fondamentales en groupes apparentés, comme le montre le tableau ci-dessous.
Fermions
Imaginez-les comme les blocs Lego de la matière, qui s’assemblent pour former l’Univers. La règle de base de ces particules est “ne vous asseyez pas là où je suis assis”. Une caractéristique de leurs propriétés quantiques est que deux fermions ne peuvent occuper le même endroit à la fois, ce qui leur permet de construire tout, des atomes aux planètes.
Les fermions peuvent être classés en quarks et leptons. Les quarks des fermions se combinent pour former les protons et les neutrons les plus connus. Un proton, par exemple, est composé d’un quarks down et de deux quarks up, qui sont collés ensemble par ce que l’on appelle la force nucléaire forte. Mais cette force n’influence pas la deuxième classe de fermions, les leptons.
Les leptons comprennent les électrons, qui tournent autour du noyau des atomes, les particules semblables aux électrons, comme les taus et les muons, et les neutrinos – de petites particules à peine visibles qui traversent la planète comme des fantômes, s’arrêtant à peine pour dire bonjour.
Bosons
Ce sont les chuchotements qui maintiennent le contact entre les fermions et les forces qui lient et repoussent la matière. Ils expliquent pourquoi nous ne pouvons pas traverser les murs, pourquoi la lumière a des couleurs différentes, pourquoi les petits atomes peuvent s’assembler pour former des atomes plus gros et pourquoi ces derniers se désagrègent parfois.
Ils comprennent les photons, les particules de lumière qui communiquent la force électromagnétique ; les gluons, qui assurent la force nucléaire forte qui lie les quarks ensemble pour former les protons et les neutrons ; les bosons W et Z, qui traitent de la force nucléaire faible ; et la célèbre particule de Higgs, qui explique pourquoi certaines particules ont une masse dans des conditions particulières.
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