Selon la physique quantique, tout ce qui existe est constitué de particules. Matière, lumière, choses visibles et invisibles. Ce sont toutes des particules qui contrôlent le fonctionnement de l’univers entier. Certains d’entre eux sont courants et bien connus de la plupart d’entre nous, comme les électrons. D'autres sont un peu plus inhabituels, comme les quarks. Mais l’idée de base de toute particule est qu’elle est une chose élémentaire composée de rien d’autre. Vous pouvez décomposer un atome en protons, neutrons et électrons. Mais vous ne pouvez pas diviser une particule en autre chose. Dans cet esprit, jetons un coup d’œil à certaines des découvertes les plus étonnantes que la science a faites, ou du moins pense avoir découverte.
10. Particule divine
Lorsque les scientifiques appellent quelque chose une particule divine, ils l’appellent en réalité quelque chose de plus que simplement plus. Pour être honnête, le nom correct de la particule est le boson de Higgs, mais le physicien Leon Lederman a proposé un surnom plus coloré, car il n'est pas si facile d'amener les médias à s'intéresser aux particules.
L'existence du boson de Higgs a été confirmée en 2013. Cependant, cette théorie a été théorisée dans les années 1960 et sa recherche s'est donc éternisée. Stephen Hawking a parié un jour 100 $ qu'il ne serait jamais découvert et s'est fait brûler. Il a également déclaré publiquement que le boson de Higgs détruirait un jour l'univers, alors notez-le sur vos calendriers.
Avec toute cette accumulation, il faut imaginer que le boson de Higgs est assez étonnant, et la vérité est que oui, le boson de Higgs est merveilleux. Cependant, cela prend un peu de temps à comprendre, alors essayons.
Un boson est une particule fondamentale. Les bosons sont responsables de toutes les forces fondamentales de l’Univers, comme l’électromagnétisme, la force nucléaire faible et forte.
Le champ de Higgs est un champ d'énergie qui donne de la masse à d'autres particules comme les électrons. En termes simples, les bosons de Higgs sont en partie responsables de la création de la masse de particules dans l'Univers. Le boson lui-même a une masse importante, mais sa durée de vie est de courte durée, il est donc difficile à trouver dans la nature. Mais son existence confirme une grande partie de ce que nous savons sur le modèle standard de la physique et aide à expliquer pourquoi une particule existe. Cela pourrait également aider à expliquer la matière noire et à identifier encore plus de particules que nous ne connaissons pas ou ne comprenons pas.
C'est drôle, techniquement, Lederman ne l'a pas appelé une particule divine. Il l’appelait la foutue particule parce qu’il était déçu de la difficulté à la détecter. Son éditeur a changé le nom.
9. Tétraquark
Les quarks sont plus facilement compris comme les plus petits morceaux de matière. Un morceau de fer est constitué d’atomes de fer. Ces atomes sont constitués d’éléments comme des électrons et des protons. Mais même si vous les démontiez, vous vous retrouveriez toujours avec des quarks. Ils ont une masse et une rotation et se déclinent en six types, drôlement appelés « saveurs ». Ces senteurs sont regroupées en paires appelées haut et bas, haut et bas, charmant et étrange. Étrange, non ? Eh bien, ça devient encore plus bizarre.
En 2021, des scientifiques ont découvert le tétraquark, un hadron exotique composé de deux quarks et de deux antiquarks. Avant sa découverte, cela était considéré comme impossible. L’idée selon laquelle les particules pourraient un jour se lier les unes aux autres n’a pas été considérée comme une option, mais les données du Large Hadron Collider ont prouvé le contraire.
La découverte du tétraquark fournira aux chercheurs plusieurs nouveaux outils pour mieux comprendre la force puissante qui lie les quarks entre eux pour former des neutrons et des protons.
8. Neutrinos
Si vous avez regardé de la science-fiction au cours des dernières décennies, vous avez entendu le mot « neutrino » mentionné à plusieurs reprises. C'est populaire, et même si la science est perdue pour la plupart d'entre nous, cela semble toujours intéressant.
Dans la vraie vie, les neutrinos ont une existence bien plus intense que la plupart d’entre nous ne peuvent l’imaginer. Ce sont des particules subatomiques nées de cataclysmes galactiques, comme des étoiles qui explosent. Ils se déplacent presque à la vitesse de la lumière, et bonne chance pour en arrêter un, car ils peuvent traverser ce qui semble être du plomb aussi facilement que vous franchissez une porte ouverte.
La masse des neutrinos est étonnamment petite. Les chiffres utilisés pour le décrire ne veulent rien dire si vous n’avez pas déjà de solides bases en physique. Cependant, ils sont environ 500 000 fois plus petits qu’un électron. Mais contrairement à un électron, ils n’ont pas non plus de charge électrique. Ainsi, sans masse et sans charge, les neutrinos n’existent quasiment pas. Mais ils sont aussi partout. Le soleil vous en bombarde environ un milliard chaque seconde.
Le fait que les neutrinos aient une certaine masse, même si elle peut être microscopique, peut expliquer toute la masse de l'univers et pourquoi nous avons de la matière et non de l'antimatière tout autour de nous.
7. Muons
Comme les quarks, les muons sont l’une des particules fondamentales de l’existence. Ils ressemblent aux électrons, mais sont plus gros et pèsent 207 fois plus. Ils ont une durée de vie très courte et se désintègrent en électrons et en neutrinos dans les 2,2 microsecondes suivant leur formation. Ils sont créés lorsque les rayons cosmiques entrent en collision avec des particules de notre atmosphère et, pendant ces 2,2 microsecondes, ils parviennent à bombarder la terre et à pénétrer à environ un kilomètre sous la surface grâce au fait qu'ils se déplacent presque à la vitesse de la lumière.
Les recherches menées au Grand collisionneur de hadrons ont montré que les muons ne font pas toujours ce que la science leur demande de faire. En termes simples, ils swinguent. Mais ils ne devraient pas. Et le fait qu’ils oscillent indique qu’il peut y avoir une autre particule à laquelle personne n’a même pensé et qui affecte leur fonctionnement.
6. Quarks
Nous avons déjà mentionné le tétraquark, il est donc logique de le décomposer en un simple quark. Si vous séparez des éléments comme les protons et les neutrons, vous obtenez des quarks et des gluons. Il existe six types de quarks, et ils existent toujours par paires. En fait, les scientifiques ont déjà essayé de séparer un quark de son autre moitié, mais cela n’a pas fonctionné. Soit ils sont connectés, soit ils ne le sont pas du tout.
La façon dont les quarks et les gluons interagissent est à l’origine de la masse des atomes. Fondamentalement, cela signifie que toute la masse de matière, telle que nous la comprenons, provient de quarks et de gluons. Contrairement à la plupart des particules, décrites comme ayant une charge positive, négative ou neutre, les quarks vont plus loin. Ils sont également décrits comme ayant une charge de couleur, appelée chromodynamique quantique. Cela applique les couleurs théoriques du rouge, du bleu ou du vert (ce ne sont pas réellement ces couleurs) pour décrire leurs propriétés quantiques uniques.
5. Gravitons
La science reconnaît quatre forces fondamentales à l’œuvre dans l’univers. Forces nucléaires faibles et fortes, électromagnétisme et gravité. Nous nous débrouillons plus ou moins avec les trois premiers dans la plupart des cas. La gravité, cependant, est un peu un joker.
Nous comprenons comment les photons interagissent avec l'électromagnétisme, comment les quarks et les gluons interagissent avec la force nucléaire forte et comment les bosons interagissent avec la force nucléaire faible. Ce que nous ne savons pas, c'est ce qui transmet la gravité. C’est là qu’interviennent les gravitons, les particules théoriques qui permettent à la gravité d’exercer une force sur les choses du monde réel. Le problème avec les gravitons est que nous ne savons pas réellement s’ils existent. Ils restent théoriques. La science ne peut pas expliquer la gravité.
Étonnamment, même si nous ne connaissons pas avec certitude l’existence des gravitons, nous en savons beaucoup sur eux. Nous savons que leur masse est nulle ou proche de celle-ci et qu’ils se déplacent à la vitesse de la lumière. Alors pourquoi ne pouvons-nous pas les trouver ?
La gravité est la plus faible des quatre forces, ce qui la rend difficile à suivre. Il a été calculé qu’un détecteur gravitationnel de masse Jupiter placé à proximité d’un objet supermassif tel qu’une étoile à neutrons aurait encore du mal à détecter quoi que ce soit.
4. Tachyons
Merci Star Trek pour vulgariser les tachyons, du moins dans certains cercles. Ces particules théoriques seraient probablement obscures et inconnues si la science-fiction ne s'y était pas accrochée en raison de leur nature carrément étrange. N'oubliez pas que techniquement, ils n'existent pas, mais certains physiciens pensent que oui.
Le plus grand mérite de Tachyon est sa vitesse. Ils voyagent plus vite que la lumière. C’est en soi la raison pour laquelle beaucoup croient qu’un tachyon ne peut pas exister car rien ne se déplace plus vite que la lumière. Mais la physique théorique est prête à céder à tout s’il y a des preuves, alors pourquoi pas ?
Si un tachyon se déplace plus vite que la lumière, alors d'après ce que nous savons sur le temps, le tachyon peut reculer dans le temps. Nous acceptons généralement que rien ne peut voyager plus vite que la lumière car sa masse va augmenter, tout comme l’énergie nécessaire pour la déplacer. À la vitesse de la lumière, vous seriez pratiquement coincé. Mais les tachyons accélèrent à mesure qu’ils perdent de l’énergie, ce qui signifie qu’ils peuvent surmonter cette barrière. Cela donne aussi lieu à tous ces paradoxes temporels que l’on connaît au cinéma. Et c’est une bonne raison pour laquelle ils n’existent peut-être pas du tout.
Bien sûr, s’ils existent mais se déplacent plus vite que la vitesse de la lumière, il n’est pas surprenant que nous ne les ayons pas encore détectés, et en fait, nous ne les détecterons peut-être jamais pour cette raison même.
3. Matière noire
Vous avez probablement déjà entendu le terme « matière noire », mais si vous n'êtes pas sûr de ce que cela signifie, bienvenue dans le club. La science a également du mal avec cela, mais elle répond à beaucoup de questions sur le fonctionnement de l'univers, donc pour le moment, c'est une sorte d'espace réservé pour expliquer de nombreux phénomènes cosmiques.
La façon dont les galaxies se déplacent d'après nos observations n'a pas de sens. Les galaxies se déplacent comme si elles étaient beaucoup plus massives qu’elles ne le paraissent. Il doit y avoir une source secrète de masse qui maintient la cohésion d’une galaxie donnée, et cette source est la matière noire.
La matière noire ne réfléchit pas, n’absorbe pas et n’émet pas d’électromagnétisme, ce qui lui donne son nom. C’est essentiellement invisible, donc c’est juste théorique. Mais ce qu’il fait, c’est qu’il émet de la gravité, et cela maintient l’univers ensemble. Et c'est beaucoup. En fait, environ 80% de la masse totale de l’Univers.
2. Particules
Sparticle est un grand mot qui rappelle Spartacus et les particules, mais seulement la moitié du mot est correct. La partie « s » signifie en fait « supersymétrique ». Par exemple, les particules sont des particules supersymétriques et leur existence peut révéler les secrets de la physique, comme une noix de coco.
Aussi utile que soit le modèle standard de la physique des particules, comme nous l’avons vu, il présente de nombreuses lacunes. Qu’est-ce que la matière noire ? Comment fonctionne la gravité ? Qu’est-ce qui fait osciller les muons ? Il y a des questions sur l’origine de la masse et tout ça. Il existe suffisamment de questions qui peuvent remettre en question la valeur du modèle standard ou la nécessité de développer un modèle entièrement nouveau. À moins, bien sûr, que vous puissiez insérer des allumettes quelque part.
De nombreux problèmes rencontrés en physique des particules peuvent être expliqués par la théorie de la supersymétrie. Selon cela, chaque particule doit avoir un partenaire supersymétrique. En théorie, ces particules partenaires pourraient combler toutes sortes de lacunes dans notre compréhension de l’univers. Ils ont même construit le Large Hadron Collider juste pour trouver ces choses. Et ça n'a pas marché. Cela ne signifie pas nécessairement que la théorie est fausse, cela signifie simplement que la physique est complexe et que comprendre les bases de la réalité prend du temps.
1. Photons
Ah, l'humble photon. Tout le monde connaît les photons. Les photons constituent la lumière telle que nous la comprenons, de petites particules d'énergie électromagnétique qui permettent à la lumière de fonctionner à la fois comme une particule et une onde. Bien sûr, les photons ne sont pas simplement la lumière de l’écran de votre téléphone qui frappe vos yeux pour que vous puissiez les voir. Ce sont aussi le Wi-Fi, qui vous donne accès à Internet, sans oublier les ondes radio, les micro-ondes, les rayons X, les rayons gamma et bien plus encore.
Tout ce que nous voyons se produit parce qu’il existe des photons qui nous permettent de le voir. Cela signifie que lorsque nous regardons l’Univers et voyons une étoile qui a explosé il y a un milliard d’années, ces photons ont voyagé si longtemps pour arriver ici, ce qui en fait les bêtes de somme du monde des particules.
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