Le prix Nobel de physique 1995 a été décerné à Martin. L. Perl (Université Stanford, Californie) pour la découverte du lepton tau et à Frederick Reines (Université de Californie à Irivine) pour la détection du neutrino. Ce court article vise à expliquer brièvement l'objet de ces découvertes.

La physique des particules élémentaires vise à identifier les composantes ultimes de la matière et à comprendre leurs interactions. Le volet expérimental de cette quête repose depuis des décennies sur la mise au point d'accélérateurs de particules de plus en plus puissants et de détecteurs de particules de plus en plus complexes. Son volet théorique se base sur la mécanique quantique des champs. On admet, depuis une vingtaine d'années, que les particules élémentaires s'insèrent dans une sorte de tableau périodique, comme suit :

Les bosons sont responsables des interactions, c'est-à-dire des forces s'exerçant entre les particules. Par exemple, le photon est la particule associée au champ électromagnétique et son aspect ondulatoire se manifeste par les ondes électromagnétiques, dont la lumière est un cas particulier. Les fermions forment la matière proprement dite et obéissent au principe d'exclusion de Pauli. On distingue les quarks, qui sont principalement influencés par l'interaction forte, des leptons, qui ne ressentent pas cette force. Les leptons figurant sur la seconde rangée (électron, muon et tau) ressentent la force électrique car ils possèdent une charge électrique. Ceux figurant sur la première rangée sont appelés neutrinos, ne possèdent ni masse, ni charge électrique et ressentent uniquement la force faible.

L'existence du neutrino a été proposée par Wolfgang Pauli en 1930 pour expliquer une apparente violation de la conservation de l'énergie, de la quantité de mouvement et du moment cinétique dans la désintégration beta des noyaux atomiques. Le fait que le neutrino ne subisse que la force faible explique qu'il soit passé inaperçu lors de la désintégration beta, mais il devait être détecté pour que son existence soit définitivement acceptée. Cette expérience difficile fut réalisée par F. Reines et ses collaborateurs en 1953. De nos jours, les neutrinos produits par le Soleil sont l'objet d'une étude importante, en particulier dans un laboratoire souterrain occupant un ancien puits de mine à Sudbury.

La particule tau (t), comme le muon u, est un cousin massif de l'électron, identique en propriétés à l'électron sauf pour sa masse (3500 fois plus grande) et son instabilité (demi-vie de 3 10-13 seconde). Le tau a été produit et détecté à l'accélérateur linéaire de Stanford (SLAC) au milieu des années 1970. Le tau a été le premier membre de la troisième famille de fermions a être découvert (chaque famille correspond à une colonne sur la figure). Chaque famille de fermions possède les mêmes propriétés quant aux interactions, mais les masses des particules qui les composent sont de plus en plus grandes. L'existence d'au moins trois familles est nécessaire pour expliquer le surplus de matière sur l'antimatière dans l'univers. D'autre part, les mesures de la demi-vie du boson Z montrent qu'il n'existe pas plus de trois familles. Le tableau des particules élémentaires semble donc pratiquement complet, à ce stade-ci.

Pour plus de renseignements, on peut consulter la page Web http://www.nobel.se/fy2.html (en anglais).

Cliquer ici pour revenir au sommaire de L'Attracteur. Édition Hiver 1996

Dernière mise à jour: 18 mars 1996.

Mise en page par Gilbert Vachon

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