Dimanche 26 mai 2013
Physique des particules et astrophysique
Diagrammes d'anomalies de jauge
Le Modèle standard décrit les constituants élémentaires de la matière (quarks et leptons) et leurs interactions. Son succès s’est confirmé au cours des trente dernières années dans les expériences des grands accélérateurs. Un élément clé de cette théorie est encore manquant : le boson de Higgs, excitation d'un condensat dont l'interaction avec les particules élémentaires est à l'origine de la masse de ces dernières. De nouvelles structures à haute énergie sont nécessaires pour garantir la stabilité quantique de cette échelle de masse : supersymétrie, nouvelles dimensions supplémentaires d’espace-temps... Les oscillations de neutrinos, l'existence de matière noire, l'asymétrie matière-antimatière sont autant de manifestations de cette nouvelle physique encore à découvrir pour saisir un jour la structure de la matière à des échelles microscopiques où les quatre forces fondamentales s’unifient et où entrent en jeu les effets quantiques de la gravitation.
Fluctuations du fond cosmologique dans un univers fermé
La cosmologie a pour ambition de retracer l'histoire de notre univers depuis le Big-Bang pour en comprendre le contenu aussi bien que sa structure à grande échelle. Les objets astrophysiques observés aujourd'hui (galaxies, amas de galaxies...) sont le fruit de l'effondrement gravitationnel des petites irrégularités de densité qui ont pris naissance dans l'univers primordial. Les prédictions des distributions d'objets en fonction de leur taille sont confrontées aux observations directes, ou indirectes à travers les effets de lentilles gravitationnelles. La cosmologie observationnelle soulève aussi de nombreux problèmes pour la physique des particules élémentaires. Nature de la matière noire ou de l'énergie sombre, origine de l'asymétrie matière-antimatière, nature de l'inflaton et structure cosmologique de l'espace-temps sont autant de questions auxquelles les physiciens tentent de répondre.
Production de dileptons dans une collision de noyaux
Chromodynamique quantique
La chromodynamique quantique (QCD) décrit un grand nombre de phénomènes comme la cohésion des noyaux atomiques et le confinement des quarks et des gluons au sein des baryons et des mésons. À très haute énergie, la propriété de liberté asymptotique (prix Nobel 2004) permet l’utilisation de la théorie des perturbations. À basse énergie, ou lorsqu’un grand nombre de particules est mis en jeu, d’autres techniques doivent être employées (symétrie conforme approchée, par exemple). Le nombre de quarks et gluons dans les fonctions d'onde des hadrons augmente avec l'énergie jusqu'à atteindre un seuil de saturation : le modèle de « condensat vitreux de couleur » a été développé pour rendre compte de ce phénomène. Enfin, à haute température, on s’attend à ce que les quarks et les gluons échappent au confinement et forment un plasma dont les collisions d’ions lourds ultra-relativistes permettent d’étudier certaines caractéristiques.
Coexistence de formes dans le Plomb 188
Physique hadronique et nucléaire
Il est essentiel de comprendre les propriétés des noyaux atomiques en partant des interactions effectives entre les différents nucléons. Des calculs détaillés ont permis d’analyser la structure des bandes de rotation des noyaux superdéformés et superlourds ainsi que la coexistence de différentes formes dans certains noyaux. Ces études de structure nucléaire se prolongent naturellement dans l’étude de la matière dense rencontrée par exemple dans les étoiles à neutrons. Elles sont de plus devenues indissociables de l'analyse des propriétés des hadrons qui, à basse énergie, sont dominées par les effets de la brisure de la symétrie chirale : on a ainsi prédit que les masses des hadrons dans la matière dense obéissent à des lois d’échelles simples. Par ailleurs, des techniques de théorie effective permettent d'établir une théorie des interactions entre nucléons
page n° 40, actualisée le 19-02-2013 par david
