2024-06-24 21:00:00
Saviez-vous qu’en fin de compte, l’Univers que nous connaissons est réduit à deux principaux types de particules ? Oui, seulement deux : le fermions et les boson. Alors que les fermions sont les particules que nous associons habituellement aux électrons ou aux quarks, les bosons représentent un autre type de particules très différentes, capables d’agir comme des particules. médiateurs des forces fondamentales de la nature. Le boson de Higgs vous semble familier ? C’est l’un des bosons les plus célèbres, connu pour être responsable de donner de la masse au reste des particules avec sa propre interaction. Nous vous disons tout sur ces particules particulières et, en même temps, fondamentales.
BOSONS OU FERMIONS ?
Les fermions et les bosons sont les deux catégories fondamentales dans lesquelles toutes les particules subatomiques existantes peuvent être incluses. Quelle est la différence entre eux? Principalement dans la valeur de rotation: alors que les fermions, qui incluent des particules telles que les électrons et les quarks, ont des spins demi-entiers et sont soumis à principe d’exclusion de Pauli; les bosons ont des spins entiers et ne sont pas limités de cette façon. Plus précisément, le principe d’exclusion interdit à deux fermions d’occuper le même état quantique en même temps, ce qui est fondamental pour la structure et la stabilité de la matière telle que nous la connaissons.
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Mais les bosons ne sont pas soumis à ce principe, qui leur permet partager le même état quantique avec des particules identiques. Ceci est crucial pour certains phénomènes quantiques, comme la formation d’états cohérents dans les lasers ou l’effet de supraconductivité, où des particules comme les photons et les paires de Cooper se comportent collectivement.
Les bosons jouent donc un rôle essentiel porteurs de forces fondamentales de la nature : des photons pour la force électromagnétique, gluones pour la force forte, et les bosons W et Z pour l’interaction faible. Par ailleurs, le Le boson de Higgsavec un spin de 0, est responsable de conférer de la masse à d’autres particules via le mécanisme de Higgs, tandis que l’hypothétique graviton, avec un spin de 2, serait postulé comme la particule responsable de la gravité. C’est cette capacité des bosons à agir comme médiateurs des interactions fondamentales qui permet aux forces de gouverner le comportement de la matière et de l’énergie dans tout le cosmos.
Thomas Mc Cauley /La CMS/CERN
Représentation graphique des données enregistrées à l’accélérateur LHC en 2012, cohérente avec la désintégration du boson de Higgs. Les lignes pointillées jaunes et les tours vertes feraient référence à la désintégration du boson de Higgs en photons.
FONDAMENTAL ET COMPLIQUÉ
Les bosons ont ainsi un rôle essentiel dans le fonctionnement de l’Univers, puisqu’ils sont les médiateurs des forces fondamentales qui maintiennent les particules ensemble et permettent l’existence de tout ce que nous connaissons. En d’autres termes, ils agissent comme «messagers» des interactions fondamentales. Sans l’action des bosons, les particules ils ne pouvaient pas interagir les uns avec les autres comme ils le font, et l’Univers serait un endroit très différent, sans la structure et les propriétés qui permettent la formation de la matière et de la vie.
En plus des bosons simples mentionnés, il existe également les bosons compositesdes particules qui, bien qu’elles se comportent comme des bosons, sont formées par le combinaison d’autres particules plus petites. Un exemple clair en est le noyau d’hélium 4, qui se comporte comme un boson bien qu’il soit composé de deux protons et de deux neutrons, qui sont des fermions.
Ces bosons composites sont cruciaux pour comprendre des phénomènes tels que supraconductivité et la superfluidez, où des paires de particules agissent comme un seul boson et peuvent se déplacer sans résistance à travers certains matériaux ou liquides à très basse température. Les bosons composites montrent que les règles quantiques peuvent générer propriétés étonnantes et des comportements collectifs complexes, qui sont fondamentaux pour de nombreux aspects de la physique et des technologies avancées.
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