Prix Nobel de physique pour les découvertes sur les fractures de symétrie

2008/10/07 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia

• Fisika

Si, à l'origine de l'univers, il y avait eu autant d'antituerie que la matière, l'un détruirait l'autre. Grâce à une rupture de symétrie, nous avons généré plus de matière, et c'est pourquoi nous sommes ici.

Fondation Nobel

XX. Au milieu du XXe siècle apparaît pour la première fois la rupture de symétrie dans la recherche des principes de base de la matière. À cette époque, les physiciens s'efforçaient d'obtenir un grand rêve : unifier en une seule théorie les plus petites briques de la matière naturelle (particules élémentaires) et toutes les forces existantes.

Mais ce n'était pas facile. Dans les nouveaux accélérateurs apparaissaient des particules jamais vues, dont la plupart ne correspondaient pas au modèle simple d'atomes formés de neutrons, de protons et d'électrons. Au fur et à mesure que les enquêtes avançaient, les protons et neutrons étaient constitués de trois quarks. Et les quarkas étaient précisément ces particules qui apparaissaient dans les accélérateurs.

Aujourd'hui, le Modèle Standard recueille toutes les découvertes de particules élémentaires. Selon lui, les particules élémentaires sont divisées en trois familles, mais seules les premières sont suffisamment stables pour produire de la matière. Les particules de deux autres familles, plus lourdes que les précédentes, existent en très peu de temps.

Pour atteindre ce modèle, les physiciens ont dû surmonter une série d'obstacles. Le problème principal était qu'ils supposaient que les particules élémentaires respectaient les lois de symétrie. Si une particule donnée apparaissait, cela signifiait que son contraire devait exister.

Mais peu à peu, ils ont vu que les lois de la symétrie ne sont pas toujours respectées. Les expériences ont montré que, dans certains cas, la symétrie était cassée, ce qui a remis en question le modèle. Personne ne savait pourquoi cela se passait. Et en 1972, les jeunes chercheurs Makoto Kobayashi et Toshihide Maskawa, doués dans les calculs de la physique quantique, trouvèrent une solution : pour comprendre la rupture de symétrie, il fallait que trois familles de quarks existent.

C'était une idée courageuse, mais le Modèle Standard a rassemblé ces prétendus quarks. Et puis ils ont découvert les quarks calculés par Kobayashi et Maskawa.

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Différence magique particules élémentaires

Ainsi, comme indiqué, le Modèle Standard divise les particules élémentaires en trois familles. La particule la plus lourde (top quark) est 300.000 fois plus lourde que la plus légère (électrons). Pourquoi ce genre de différences?

La plupart des physiciens considèrent que la cause est une autre rupture de symétrie: Mécanisme Higgs. Selon cette théorie, dans les premières phases de l'univers, le mécanisme Higgs a brisé la symétrie entre les forces, donnant différentes masses aux particules.

La première pierre de cette théorie fut posée par Yoichiro Nambu en 1960, quand il créa l'idée de rupture de symétrie propre. Nambu a travaillé sur les calculs théoriques de la supraconductivité. Il a ensuite appliqué la rupture naturelle de symétrie qui se produit dans ce phénomène au monde des particules élémentaires. Ses outils mathématiques ont été fondamentaux pour comprendre le modèle standard actuel.