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Interaction faible - cours
Historique :
L'histoire de l'interaction faible commence probablement en 1896 avec la découverte de la radioactivité par Becquerel. Parmi les différentes formes de radioactivité qui furent ensuite mises en évidence, la radioactivité bêta a posé un problème pendant un certain temps. Le problème se résume par le fait qu'une particule détectable est expulsée du noyau atomique avec une énergie variable, ce qui atteste qu'une certaine quantité d'énergie est émise, mais non détectée.
En 1930, dans le souci de remédier au problème de la radioactivité bêta, Wolfgang Pauli émit l'hypothèse qu'une particule neutre interagissant très faiblement avec la matière devait être émise en plus de l'électron. Cette particule serait donc quasiment indétectable.
Un peu plus tard, les découvertes du neutron en 1932 et la radioactivité bêta+ en 1933, par Irène Curie et Frédéric Joliot, ont permis de mieux cerner la nature de la radioactivité bêta. Cette nouvelle forme de radioactivité bêta correspond à l'émission d'un antiélectron à la place de l'électron, et toujours une quantité d'énergie non détectée est émise.
En 1934, pour expliquer ces phénomènes, Enrico Fermi a élaboré une théorie disant que : la radioactivité bêta moins (-) est le résultat de la désintégration d'un neutron en un proton, un électron et un neutrino, la particule prédite par Pauli, mais toujours pas observée. Pour la radioactivité bêta plus (+), c'est un proton qui se désintègre en un neutron. Cette désintégration est déclenchée par une nouvelle force nucléaire faible. Mais cette théorie, élaborée par Fermi, ne permet pas d'expliquer son origine.
Environ 24 ans plus tard, soit en 1958, Clyde L. Cowan et Frederick Reines ont détecté pour la première fois des neutrinos, qui ont confirmé à la fois la théorie de Fermi et l'hypothèse de Pauli. En dépit de tout, la théorie de Fermi ne pouvait pas être une théorie fondamentale, mais simplement une approximation intéressante pour des processus de basse énergie. La théorie de l'interaction faible restait donc encore à élaborer.
Entre 1961 et 1967, Sheldon Glashow, Steven Weinberg et Abdus Salam ont élaboré une nouvelle théorie qui stipule la théorie électrofaible. Cette théorie permet d'expliquer à la fois l'interaction électromagnétique et l'interaction faible à l'aide d'échange de particules vectrices. Mais cette nouvelle théorie contenait aussi une nouvelle forme d'interaction faible non observée par échange d'une autre particule vectrice : le Z, particule électriquement neutre.
Quelques années plus tard, soit en 1973, les interactions par courant neutre ont été découvertes au CERN (laboratoire européen pour la physique des particules, Genève).
Enfin, en 1983, les vecteurs de l'interaction faible, les W et le Z, furent observés, toujours au CERN. Ces différentes découvertes ont permis de valider la théorie électrofaible, qui est la seule théorie permettant encore de nos jours d'expliquer l'interaction faible.
Définition :
L'interaction faible est une force qui agit sur toutes les particules de matière (quarks, électrons, neutrinos, etc.).
Caractéristiques :
L'interaction faible est responsable de la radioactivité bêta qui permet les réactions nucléaires qui sont la source d'énergie du Soleil. La radioactivité naturelle est probablement aussi une source d'énergie importante pour maintenir le magma en fusion sous la croûte terrestre.
Le rayonnement bêta est un rayonnement émis par certains noyaux radioactifs qui se désintègrent par l'interaction faible.
L'interaction faible est la seule interaction fondamentale capable de changer la saveur des quarks.
L'interaction faible permet à tous les leptons et à tous les quarks d'échanger de l'énergie, de la masse et de la charge électrique, leur permettant de changer de famille et de saveur.
Dans le modèle standard de la physique des particules, l'interaction faible est causée par l'échange de bosons W+, W− et Z0. L'effet le plus connu en est la radioactivité bêta.
Le neutrino :
Le neutrino, particule élémentaire du modèle standard, n'est sensible qu'à l'interaction faible.
Les neutrinos n'ont pas de charge électrique et ont une masse très faible dont on connaît seulement une borne supérieure.
L'interaction faible est une interaction qui ne nous est pas familière, car son action est confinée à l'intérieur des noyaux atomiques et ses effets sont de très faible intensité.
Exercice.
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