Vue générale de l'interaction faible

[Seirios]

Bonjour à tous,

J'ai du mal à décrire la force nucléaire faible de manière générale.

Je dinstinguerais trois manifestations de la force faible : la désintégration de certains leptons ou quarks en changeant de saveur et en émettant d'autres particules (comme par exemple durant la désintégration bêta) ; la désintégration de certains leptons ou quarks en changeant de famille mais en resant dans la même saveur, et en émettant d'autres particules (comme par exemple la désintégration du muon en un neutrino muonique par émission d'un W neutre) ; et l'interaction entre deux particules sensibles à la force faible (comme l'interaction entre un neutrino muonique et un électron).

Mais j'aimerais dégagé de cela un schéma général. Par exemple, j'ai remarqué que dans le cas des changements de saveur ou de famille de mes exemples, un W+ était produit se désintégrant en un électron et en un antineutrino électronique. Peut-on généraliser le concept en disant que les leptons et les quarks peuvent changer de saveur ou de famille par émission de W+ (se désintégrant en un lepton et son antineutrino associé) ou de W- (se désintégrant en un antilepton et son neutrino associé) ?

Pouvons-nous également afirmer que deux particules sensibles à la force faible interagissent toujours par un Z° ?

Je crois que j'aurais besoin de conseils pour être sûr de ne pas raconter n'importe quoi...

Quelqu'un pourrait-il me renseigner ?

Merci d'avance
Phys2
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[Seirios]

Personne ne peut me renseigner ? (y a-t-il un spécialiste dans la salle )

[Seirios]

Je vais reformuler mon interrogation :

Je comprends à peu près le phénomène de désintégration de certaines particules, avec les histoires d'hélicité et de doublet. Mais dans le cas d'interaction entre deux particules, je ne vois pas de schéma général.

Ou autrement dit : Etant donné que la force nucléaire faible peut être véhiculée par l'intermédiaire de trois bosons différents (W+,W- et Z°), comment sait-on quel boson sera véhiculé lors de l'interaction entre deux particules sensibles à l'interaction forte ?

[invitea29d1598]

salut,

Je dinstinguerais trois manifestations de la force faible

c'est ça, mais généralement on les regroupe en 2 grands types : on parle de courant chargé ou neutre selon le boson intermédiaire mis en jeu (W+ ou W- dans le premier cas), Z dans le second. Ce qu'il faut regarder, ce sont les vertex apparaissant dans le graphe de Feynman à l'ordre le plus bas

la désintégration de certains leptons ou quarks en changeant de saveur et en émettant d'autres particules (comme par exemple durant la désintégration bêta) ; la désintégration de certains leptons ou quarks en changeant de famille mais en resant dans la même saveur, et en émettant d'autres particules (comme par exemple la désintégration du muon en un neutrino muonique par émission d'un W neutre)

il s'agit ici des processus par courant chargé avec un boson W. Il y a différence entre les leptons et les quarks. Les leptons, c'est assez simple en première approximation : si ton lepton réagit via un boson W, alors la saveur est conservée et tu as donc un vertex faisant intervenir un lepton chargé et un neutre (neutrino). Avec les quarks c'est un peu plus sioux car ce que l'interaction faible appelle "quark" est différent de ce que l'interaction forte appelle "quark". En gros, un quark "down" faible (qui dans un vertex apparaît avec un W et un "up") est en fait un mélange quantique d'un quark "down fort", d'un quark "étrange fort" et d'un quark "bottom fort".

En clair, quand un quark "up" interagit faiblement via un W avec un "down faible", il a une probabilité assez grande d'interagir avec un "down fort" (dans ce cas ça ressemble à ce qui se passe avec les leptons, pas de changement de famille), mais il a aussi une probabilité non nulle d'interagir par le même vertex avec un quark "étrange fort" ou un quark "bottom fort" (ce qui donne un changement de famille possible).

si tu veux des détails, cherche des trucs sur la "matrice CKM"

Pouvons-nous également afirmer que deux particules sensibles à la force faible interagissent toujours par un Z° ?

oui, "en partie" (cf plus bas)

Ou autrement dit : Etant donné que la force nucléaire faible peut être véhiculée par l'intermédiaire de trois bosons différents (W+,W- et Z°), comment sait-on quel boson sera véhiculé lors de l'interaction entre deux particules ?

en physique quantique, si deux particules ont plusieurs possibilités d'interaction, alors "toutes les réactions possible ont lieu en même temps". En clair, tu ne peux jamais dire quel chemin a été suivi (quelle réaction a eu lieu), mais pour calculer le taux de réaction tu dois prendre en compte toutes les réactions possibles (cf l'intégrale de chemin pour l'expérience de Young interprétée à la Feynman).

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6bfcb91c]

En faisant un bilan de charge aux vertex du diagramme de Feynman (la charge électrique est conservé aux vertex) on sait a ce moment la si on a une courant neutre (Z0) ou chargé (W)

[Seirios]

D'accord merci à tous les deux j'ai eu la réponse que je cherchais Mais pendant que j'y suis, j'aurais une petite question :

Ce qu'il faut regarder, ce sont les vertex apparaissant dans le graphe de Feynman à l'ordre le plus bas

Que représente l'ordre d'un graphe de Feynman ?

[invite9c9b9968]

La contribution d'un diagramme de Feynman est liée au nombre de vertex qui y sont : plus il y en a, plus la contribution sera faible car chaque vertex est grossièrement proportionnel à l'intensité du couplage de l'interaction, et les vertex sont *grossièrement* multiplicatif.

Le premier ordre (l'arbre) est l'ordre le plus bas, c'est-à-dire le diagramme représentant la réaction étudiée et comportement le moins de vertex.

Le second ordre est constitué de tous les diagrammes qui rajoutent de façon minimale des vertex aux diagrammes du 1er ordre.

Et ainsi de suite

[invite88ef51f0]

plus la contribution sera faible car chaque vertex est grossièrement proportionnel à l'intensité du couplage de l'interaction

QCD...

[invite9c9b9968]

QCD...

Oui mais EW ici

Non mais pas la peine de venir avec les "petits" problèmes


Bon puisque Coincoin l'aborde ici : ce que je raconte est valable de manière perturbative (ce qui est toujours le cadre dans lequel on se place lorsque l'on fait des diagrammes de Feynman). Or la QCD a un couplage fort (d'où son nom) ce qui signifie que le développement n'a rien de perturbatif puisque "la perturbation" est presque aussi importante que le phénomène non perturbé !

C'est une des raisons qui fait que l'on n'est pas capable de faire de la QCD à "moyenne" énergie : le développement perturbatif se fait en régime asymptotiquement libre, en régime de couplage fort on utilise d'autres techniques (Coincoin, te souviens-tu de leur nom ? J'ai un trou là...).

[invite6bfcb91c]

Pour être un peu plus explcite (c'est schématisé mais c'est pour que tu captes le principe) :
En QED lorsqu'on calcule une probabilitéde "réaction", on calcule en fait un élément de ce que l'on appelle la matrice S :


Ou in et out représentent les états initiaux et finaux respectivement. Or ce que l'on met dans le S est l'exponentielle du lagrangien d'interaction :



Tu sais que l'exponentielle peut aussi s'écrire e^x = 1 + x + x²/2+...
Et bien ici on fait la meme chose : on calcule d'abord l'ordre 0 (1) puis on ajoute l'ordre 1 (x) puis l'ordre 2 (x²) et ainsi de suite.

Il faut savoir que dans ce lagrangien d'interaction apparait la constante de couplage qui est caractéristique de l'interaction (faible, forte,...) et , comme l'a fait remarquer coicoin, la constante de couplage de l'interaction faible est faible ! de l'ordre de 1/100. Donc, chaque ordre donne une contribution 100 fois moins importante que l'ordre précédant, ce qui permet d'arreter le calcul a un certain ordre (disons le 2eme) et d'avoir déjà des prédictions satisfaisantes. C'est ce qu'on appelle un traitement perturbatif.

En QCD par contre on travaille avec la constante de couplage forte (de l'ordre de 1 ) et la plus moyen d'appliquer un régime perturbatif!

PS: Comme les calculs d'éléments de matrice brutes sont assez fastidieux, Feynman a montré qu'il était équivalent de dessiner des diagrammes représentant l'interaction (pour cahque ordre) et d'utiliser quelques regles simple pour calculer beaucoup plus rapidement ces éléments de matrices : les fameux diagrammes de Feynman

[Seirios]

Pendant que nous sommes dans la QCD, j'ai lu récemment que la force forte entre les quarks d'un hadron était constante, sauf à petite échelle...Alors que je pensais que la force forte augmentait avec la distance, jusqu'à une distance critique où la force deviendrait plus faible...Est-ce une approximation à l'échelle des hadrons ?