Physique

Quelques éléments de Physique Théorique

 

 

 

 

 

Nécessité théorique des symétries, champs et théories de Jauge.

 

La Théorie Quantique des Champs , le principal édifice conceptuel et opérationnel de la Physique Théorique , dérivée de la mécanique quantique , s' appuye à la base sur les notions de symétries et de conservations de symétries.
Ceci afin de permettre que les équations qui décrivent les lois physiques soient invariantes par rapports à des changements des coordonnées, des vitesses, des phases, d' énergie etc... et aussi par changement de certaines des particules Ces lois doivent être valables en tout point de l' Univers.
Pour cela , il est impératif d'immuniser les équations qui décrivent les lois physique contre tout changement arbitraire de variables il faut donc les symétriser.
C'est à dire rendre la structure générale des équations totalement indépendante du choix des coordonnées externes et internes.
En terme plus technique on dit que les lois physiques doivent être invariantes par rapport à des variations de jauge locale ou plus précisemment qu'il faut rendre le lagrangien invariant de jauge avec invaraince de type locale.

 

"En physique théorique, une théorie de jauge est une théorie des champs basée sur un groupe de symétrie locale, appelé groupe de jauge, définissant une « invariance de jauge ». Le prototype le plus simple de théorie de jauge est l'électrodynamique classique de Maxwell.
L'expression « invariance de jauge » a été introduite en 1918 par le mathématicien Hermann Weyl." wikipédia

 

 

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Les transformations peuvent prendre la forme globale ou locale.

Exemple d' invariance globale : gaz composé d' un ensemble de particules massives qui subit une translation ou une rotation => les lois physiques qui décrivent ce gaz restent identiques.

Exemple d'invariance locale : on déplace une seule de ces particules, il y a eu un changement dans le système, celui ci doit être compensé par la création d'une interaction et donc d'après la théorie d' 'une particule vecteur de l'intéraction.(boson).


Les invariances pour les transformations globales sont associées a des principes de conservation.(de l'énergie de la masse du spin etc..)

Les invariances pour les transformations locales (symétries locales) requièrent l' introduction d'une interraction ( force)
donc de particules vecteur de cette interaction : ce sont les bosons ( photons, mesons, gluons etc..).

 

 

Pour en savoir plus sur les symétries :

Cours sur les symétries de Mr. Franck Laloé pour le DEA de Physique Quantique
Les symetries dans la conférence de Pierre Fayet à L'UTLS (vidéo)

 

Le vide quantique

 

Dans l' Univers le vide correspond à l'état d'énergie le plus faible.

Le vide est soumis à des fluctuations quantiques dequels peuvent naîtrent des couples particules - antiparticules.

Ces apparitions - créations de matière à partir du vide sont dépendentes de l'énergie du vide.
Plus celui ci est dense en énergie plus des particules massives peuvent apparâitrent.
La durée de vie de ces particules qui émergent du vide est très éphémère.
Ces pourquoi on apelle ces particules des particules virtuelles.
Néanmoins pendant le temps de leur existence elles peuvent interagir avec des particules réelles.


Selon le principe d' incertitude d'Heinsenberg
La variation d'énergie x l'intervalle de temps d'existence de ces particules doit être inférieure ou égalle à la constante de Planck.
Delta E x Delta T < h
avec h = 6,626... x 10–34 joule.seconde

D'après la théorie le vide quantique est empli d' un champs, qui permet que les particules élémentaires acquièrent leur masse par interaction avec les bosons de Higgs .

Le vide emplit du champs de Higg et de bosons de Higg a une énergie plus faible que le vide vide.

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Champs et bosons de Higgs

D'après le modèle standart de la physique des particules, la matière (les fermions) et les particules vecteur de forces (les bosons de jauge) ne peuvent avoir de masse.( "Les théories de jauge s’écrivent nécessairement avec des bosons de masse nulle, ce qui signifie que l’interaction a en principe une portée infinie" =>source).

C 'est en interagissant avec un nouveau champs (le champs de Higgs ) et ses bosons vecteurs (les bosons de Higgs ) que les différentes particules élémentaires acquieraient leur masse.

La détection expérimentale des Bosons de Higgs, au L.H.C., a été annoncé en juin 2012

 


Symétries de Jauge et bosons de Higgs sur Luxorion

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CERN

Théorie des groupes - Rotation et Groupe de Poincarré - niveau DEA

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Théorie de jauge locale : http://feynman.phy.ulaval.ca/marleau/pp/04higgs/pageweb/Symetries/yangmills.htm

http://www.sciences.ch/htmlfr/physatomique/physatommecquantchamps01.php

Voyage vers l'infiniment petit :=> http://www.diffusion.ens.fr/vip/pageG00.html

sélection de site de l'in2P3

http://cours.lal.in2p3.fr/

Constante de structure fine wikipédia