Un mariage force

Extraits de wikipédia

En physique des particules, l'interaction électrofaible, aussi appelée force électrofaible, est la description unifiée de deux des quatre interactions fondamentales de l'univers, à savoir l'électromagnétisme (appelé électrodynamique quantique dans sa version quantique) et l'interaction faible. Ces deux forces paraissent pourtant très différentes aux échelles d'énergie atomique, et même nucléaire : la force électromagnétique est dite de portée infinie car on peut l'observer aisément à l'échelle macroscopique tandis que la force faible a une influence uniquement à l'échelle microscopique, au niveau du noyau atomique. Cependant, la force faible, telle qu'elle a été décrite par Fermi pour rendre compte de la désintégration β a une intensité croissant rapidement avec les énergies auxquelles on la considère, ce qui la rend incohérente à très grande énergie. La force électromagnétique, elle, croît aussi avec l'énergie considérée, mais bien plus lentement. Ces deux forces deviennent donc du même ordre de grandeur, vers une énergie d'une centaine de GeV. La théorie électrofaible s'appuie sur ce phénomène pour prédire une unification des deux théories, qui se mélangent à cette échelle d'énergies.

D’une part, la force faible était de nature purement gauche, tandis que l’électromagnétisme est de chiralité autant gauche que droite. Comment affirmer que ces deux forces étaient l’expression d’une seule avec une telle divergence?

La clef de l’unification des forces électromagnétique et nucléaire faible est la compréhension qu’une force est propagée entre deux particules par une particule médiatrice, qui est toujours un boson

Pour garder une trace de l’unification de la force faible avec l’électromagnétisme, il fallait cependant conserver l’idée que le photon était un médiateur, ce qui les mettait au nombre de quatre. Le couplage du Z0 avec le photon réglait certains problèmes.

C’est alors que les travaux de Goldstone sur la brisure de symétrie spontanée inspirèrent Weinberg, Salam et Glashow. Ils émirent l’hypothèse que les grandes masses du Z0 et des W étaient dues à une transition de phase survenue après une brisure de symétrie. Une telle transition de phase pouvait être obtenue en supposant l’existence de nouveaux bosons de spin nul, les bosons de Higgs. Ils ajoutèrent donc au nombre de leurs médiateurs présents avant la brisure de symétrie un doublet de Higgs (H+, H0) et son anti-doublet (H-, H0), ce qui en faisait huit au total.

Avant la brisure de symétrie, ces huit médiateurs étaient sans masse. Comme il le fut mentionné plus haut à la section 2.4, une brisure de symétrie entraîne le scindement d’un champ en deux champs distincts, et c’est évidemment ce qui se produisit. Le photon resta sans masse, mais les bosons W± devinrent massifs en s’incorporant les particules de Higgs chargées (les H±), tandis que le boson Z0 s’incorporait à la combinaison (H0 + H0) des particules de Higgs neutres. Selon cette théorie, l’autre combinaison (H0 - H0) aurait survécut, mais elle n’a pas été découverte jusqu’à ce jour et on ne peut prédire sa masse. La température critique à laquelle devait se produire le scindement de la force électrofaible en deux se situe aux alentours de 300 GeV, ce qui, d’après les travaux de Friedmann, correspond à la température de l’univers lorsqu’il était âgé de 10-12 secondes environ.

COMMENTAIRES :

L’exposé ci-dessus est une succession de dérives où pour corriger une théorie initialement fausse, on surajoute une hypothèse erronée supplémentaire. De fait, il s’agit d’unifier, de rendre identique deux phénomènes radicalement différents. La force électromagnétique est celle qui rapproche ou repousse deux particules chargées. La force faible est celle qui conduit à la décomposition bêta du neutron. L’une est permanente et à longue portée, l’autre est éphémère et interne au noyau atomique, l’une a une chiralité double, l’autre simplement gauche. L’une est une force effective, l’autre n’est qu’un processus de décomposition. Mécaniquement, il est donc  impossible d’imaginer un rapprochement entre deux objets physiques dont le fonctionnement est aussi différent.

Pourtant, cela a été tenté au moyen de coups de force théoriques, en prolongeant des courbes mathématiques d’énergie pour aboutir, grâce au procédé pratique de la brisure spontanée de symétrie à transformer des bosons en particules de matière en scindant en deux la force électrofaible, puis aux particules de Higgs, objets des recherches actuelles au CERN.

Tout porte à croire, en matière d’union, qu’il s’agirait plutôt d’un mariage arrangé, d'un mariage forcé..