Les interactions fondamentales

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Les interactions fondamentales

• Malgré leur diversité, tous les phénomènes
  physiques ne font intervenir que 4 types de
  forces possibles c'est ce qu'on appelle les
  forces fondamentales.
• L'électromagnétisme elle s'exerce entre
  particules chargées
• L'interaction faible elle est responsable de
  certaines désintégration nucléaire.
• L'intraction forte elle permet la cohésion des
  particules à l'intérieur des noyaux atomiques.
• La gravitation elle fait tomber les pommes et
  tourner les planètes, c'est une attraction
  mutuelle entre 2 masses.

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Les interactions fondamentales
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Le modèle standard

• Le modèle standard est un cadre théorique qui
  décrit les interactions électromagnétique, faible
  et forte. Selon ce modèle, ces trois interactions
  seraient intimement liées les unes aux autres de
  la même manière que le sont les interactions
  électromagnétique et faible dans ce que lon
  appelle linteraction électrofaible. Dit
  autrement, les interactions électromagnétique,
  faible et forte seraient des manifestations
  différentes dune même interaction qui, à la
  suite de brisures spontanées de symétries, se
  serait différenciée.

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Interactions et Univers
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Physique quantique

• La théorie des quanta est le nom donné à la
  théorie physique initiée par Planck en 1900, puis
  développée essentiellement par Einstein, Bohr,
  Sommerfeld, Kramers, Heisenberg, Pauli et de
  Broglie entre 1905 et 1924. Les quanta sont des
  quantités discontinues d'énergie sous lesquelles
  peuvent être émis ou absorbés une énergie.
• Cette théorie a servi de pont entre la physique
  classique et la physique quantique, dont la
  pierre angulaire, la techniques quantique, est
  née en 1925.
• Fille de l'ancienne théorie des quanta, la
  mécanique quantique constitue le pilier d'un
  ensemble de théories physiques qu'on regroupe
  sous l'appellation générale de physique
  quantique. Cette dénomination s'oppose à celle de
  physique classique, celle-ci échouant dans sa
  description du monde microscopique atomes et
  particules ainsi que dans celle de certaines
  propriétés du rayonnement électromagnétique.
• Les principes fondamentaux de la mécanique
  quantique ont été établis essentiellement entre
  1922 et 1927 par Bohr, Dirac, de Broglie,
  Heisenberg, Jordan, Pauli et Schrödinger. Ils
  permettent une description complète de la
  dynamique d'une particule massive non
  relativiste.

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La supersymétrie

• La "matière-espace-temps"
• La supersymétrie a pour objectif dunifier toutes
  les interactions. Unifier toutes les interactions
  signifie en fait que toutes les entités
  susceptibles dinteragir jouent exactement les
  mêmes rôles vis-à-vis de linteraction unifiée.
  Or, quelles sont les entités dont il sagit ? On
  a
• Les quanta de matière qui sont des fermions
  (particules de spin demi-entier),
• Les quanta de force qui sont des bosons
  (particules de spin entier),
• Lespace-temps au travers de la gravitation.

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Particules élémentaires
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Particules élémentaires
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Particules élémentaires
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Champ en physique quantique

• Pour décrire le concept de champ en physique
  quantique, prenons l'exemple d'un électron fixe.
  D'après la théorie de l'électromagnétisme,
  l'électron crée un champ électrique autour de
  lui. Supposons maintenant qu'un second électron
  s'approche du premier. Il va être soumis au champ
  électrique de ce dernier. Les effets du champ
  électrique vont se manifester par une
  modification de la trajectoire et une
  accélération du second électron. D'un point de
  vue mécanique, on peut décrire l'interaction des
  deux électrons par un transfert d'énergie et de
  variables dynamiques de l'un à l'autre. Or, en
  physique quantique tout transfert d'énergie est
  réalisé par un - ou plusieurs - quantum ! En
  d'autres mots, l'interaction des deux électrons
  consiste en l'échange d'un quantum, c'est-à-dire
  finalement, en l'échange d'une particule.
• La particule échangée est baptisée le quantum de
  l'interaction ici le photon

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Quantums dinteraction
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Insuffisance de la physique quantique

• La physique quantique permet de décrire 3 des 4
  interactions fondamentales (modèle standard),
  mais bute sur la
• GRAVITATION
• ? théorie des cordes

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La théorie des cordes

• Elle repose sur l'idée que les briques
  fondamentales de notre monde ne sont pas des
  particules comme nous le pensons habituellement,
  mais des cordes. Ces cordes seraient des objets
  étendus, très petits, de l'odre de l'échelle de
  Planck 10-35 m. Elles pourraient être ouvertes
  ou fermées.
• Selon l'oscillation (son mode de vibration), la
  corde décrit un électron, un quark ... Les cordes
  décrivent alors une surface à deux dimensions
  la surface d'univers. La théorie des champs
  stipulait que les particules ne décrivaient que
  des lignes (une dimension). Dans la théorie des
  cordes, c'est un tube (deux dimensions).

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La théorie des cordes

• Une des hypothèses est que les cordes fermées
  sont des bosons (particules qui véhiculent les
  forces fondamentales, comme le photon ou le
  graviton), et que les cordes ouvertes
  représentent les fermions (particules de
  matière). Toutes les particules seraient
  composées des mêmes cordes à la base, mais se
  distingueraient par la vibration de celles-ci, de
  la même façon qu'une note jouée par plusieurs
  instruments différents ets différenciable à
  l'oreille car elle n'est pas composée des mêmes
  harmonies, et vibre différement.
• Ainsi, les quarks seraient l'extrémité d'une
  corde ouverte. Or comme on n'a jamais vu
  jusqu'ici de cordes à un seul bout, cela
  expliqurait la dualité des quarks...

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Espace-temps à 10 dimensions

• La théorie des cordes est pour l'instant la seule
  à traiter la gravitation de manière quantique.
  Elle unifie donc les 4 interactions fondamentales
  (faible, forte, électromagnétique et
  gravitationnelle).
• Mais il y a un problème
• Pour faire coller la théorie mathématique des
  cordes à la réalité physique, il faut définir un
  espace-temps de dimension 10, voire 11
  (lespace-temps de la théorie de la relativité
  générale dEinstein a 4 dimensions!)

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Conséquences

• Depuis toujours les physiciens ont été surpris
  par la faiblesse de la gravitation par rapport
  aux autres forces. Si elle est si faible, cest
  peut-être parce quelle ne se propage pas par le
  même chemin que les autres forces. Elle serait
  une super gravité commune à plusieurs univers et
  cest ce qui pourrait expliquer quelle soit la
  plus faible des forces. Ceci est la théorie M
  dans laquelle domine la 11ème dimension qui est
  la super gravité.

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Univers multiples

• Dans cette théorie, notre univers serait
  semblable à une membrane dans laquelle des
  dimensions apparentes cachent les autres. Ainsi
  la gravité ne suivrait pas le même chemin que les
  autres forces et, en quittant notre univers, elle
  voyagerait plus vite que la lumière.Elle serait
  compatible avec lexistence dunivers parallèles
  qui pourraient être très différents du nôtre.
  Certains pourraient être constitués dénergie
  pure, dautres de matières sans énergie, dautres
  encore, avec plus ou moins de dimensions despace
  développées Toutes les possibilités sont
  imaginables et leur nombre peut être infini Le
  Big Bang ne serait pas seul! La membrane
  représentant notre univers oscillerait et parfois
  entrerait en contact avec une membrane dun autre
  univers, ceci créerait un nouveau Big Bang
  engendrant un nouvel univers.