Unification de forces et/ou théorie d'Unification ?

[BioBen]

Bonjour,
j'ai à vous soumettre une petite question qui vous paraitra peut-etre bidon, mais qui me tracasse un peu :

Je cherchais quelques sites (principalement anglophones) parlant de la théorie electrofaible (me demandez pas pourquoi : je voulais juste voir à quoi elle ressemblait niveau mathématique), et à nombreuses reprises le site mentionnait (en gros) : "La théorie electrofaible n'unifit pas la force electromagnetique et la force faible, c'est une théorie qui offre un cadre commun à la force electromagnétique et la force faible".

D'où ma question :
d'après ce que je comprends de ce j'ai pu lire, les force electriques et mangétique ont été unifiées en une seule et meme force nomée force electromagnétique puisqu'on a compris, entre autres, que le photon était responsable des deux phénomènes.

A contrario, la force EM et la force faible n'ont pasété unifiées : l'un "dépend" de la charge, l'autre de la "saveur" (je crois que c'est ca) et en plus le boson vecteur n'est pas le meme (W et Z et d'autres pour la faible, photon pour l'EM).

Que pensez vous de cette différenciation ? Que signifie-t-elle d'un point de vue physique ?
Je sais qu'à très haute energie, la force EM et la force faible ont la meme intensité, mais alors sont-elles portée par le meme boson ?

La théorie des cordes se range dans quelle catégorie ?

Merci
Benjamin
-----

[Skippy le Grand Gourou]

A contrario, la force EM et la force faible n'ont pasété unifiées : l'un "dépend" de la charge, l'autre de la "saveur" (je crois que c'est ca)

Ben non : si l'interaction faible dépendait de la saveur, elle ne s'appliquerait qu'aux quarks. Or elle s'applique à toutes les particules, et en particulier aux neutrinos (contrairement aux interactions EM et forte), ce à quoi elle est reconnaissable. Par contre, l'interaction par boson W+ ou W- a effectivement une influence sur la saveur des quarks avec lesquels ils interagissent, puisqu'ils ont pour particularité de changer la charge des particules. Ainsi, un quark u (charge=+2/3) "touché" par un boson W- (charge=-1) disparaîtra pour faire apparaître un quark d (charge=-1/3). L'interaction par un boson Z0, quant à elle, conserve la saveur puisqu'elle est neutre de charge.

Que pensez vous de cette différenciation ? Que signifie-t-elle d'un point de vue physique ?

Je suis pour ! Plus sérieusement, une des grandes différences entre les interactions EM et faible est que la seconde viole la parité, contrairement à la première. Pour en savoir plus la-dessus, fais une petite recherche sur Google avec les mots "violation", "parité" et "wu" (car l'expérience de Mme C.S.Wu, qui l'a mise en évidence, est mondialement connue).

Je sais qu'à très haute energie, la force EM et la force faible ont la meme intensité, mais alors sont-elles portée par le meme boson ?

Effectivement, à très très hautes énergies, les quatres types d'interaction (EM, faible, forte, gravitation) semblent converger, mais je ne peux pas t'en dire plus là-dessus.

La théorie des cordes se range dans quelle catégorie ?

[invite88ef51f0]

Salut,
Pour ce qui est de la parité et de l'interaction faible, un petit sujet où j'avais reçu plein de bonnes réponses à mes petites questions : http://forums.futura-sciences.com/th...2492-1-18.html

[mtheory]

L'unification n'est pas parfaite ,il y a un mélange entre deux types de champ ,B et W qui vont donner les Z,A et W^+- ,on a pas une seule constante de couplage et un seul groupe et donc en ce sens ce n'est pas une vrai théorie unitaire même si on n'en est pas loin.
Je ne dirai pas non plus que ce n'est pas du tout une théorie unifiée,elle l'est partiellement car l'électromagnétisme et la force faible selon Fermi/Feynman/Gell-Mann sont bien des cas particuliers du shémas électrofaible.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mtheory]

La théorie des cordes se range dans quelle catégorie ?

Merci
Benjamin

Là tout 'va bien' on a une seule constante de couplage et tout dérive d'une seule structure géométrique/topologique.
Du point de vue formelle c'est une théorie vraiment unifié et unitaire.

[BioBen]

Ben non : si l'interaction faible dépendait de la saveur, elle ne s'appliquerait qu'aux quarks.

Exact, erreur de ma part.

Plus sérieusement, une des grandes différences entre les interactions EM et faible est que la seconde viole la parité, contrairement à la première

Ah tiens, j'avais pas eu idée de penser à la violation de la parité. J'avais déja entendu parler de ce phénomène lié à l'interaction faible, mais j'ai pas fais le lien

Effectivement, à très très hautes énergies, les quatres types d'interaction (EM, faible, forte, gravitation) semblent converger, mais je ne peux pas t'en dire plus là-dessus.

Quelqu'un d'autre a une idée alors ? A propos du "boson unique". Enfin bon je ne suis sur de rien, mais comme on dit souvent que les 4 forces actuelles étaient autre fois une seule et meme force, cela signifit-il qu'elle n'était portée que par un seul et meme boson ?

Je prolonge la question : Si 4 forces se sont différenciées d'une seule et meme force, on peut penser qu'une force puisse se différencier en 2 forces "distinctes" dans le futur ? Idée farfelue peut-etre....

on a pas une seule constante de couplage et un seul groupe et donc en ce sens ce n'est pas une vrai théorie unitaire même si on n'en est pas loin.

On en est pas loin ....ca veut dire qu'on cherche toujours à "reellement" unifier ces deux forces ?

Là tout 'va bien' on a une seule constante de couplage et tout dérive d'une seule structure géométrique/topologique.

Ca c'est impressionnant quand meme....

Merci pour vos réponses et pour le lien CoinCoin.

[invitea29d1598]

Exact, erreur de ma part.

bah non : l'interaction entre un électron et un neutrino électronique via un boson W se fait bien grâce à la saveur... l'électron ne réagit pas avec le neutrino muonique.

Quelqu'un d'autre a une idée alors ? A propos du "boson unique". Enfin bon je ne suis sur de rien, mais comme on dit souvent que les 4 forces actuelles étaient autre fois une seule et meme force, cela signifit-il qu'elle n'était portée que par un seul et meme boson ?

oui et non... le nombre de bosons correspond au nombre de générateurs de l'algèbre fondamentale qui décrit la symétrie de ton interaction. Mais c'est pas parce que tous les bosons véhiculent la même interaction qu'ils sont identiques : les gluons existent en diverses couleurs. Ils ont suffisamment de points communs pour qu'on considère que c'est un seul type de boson, mais y'a néanmoins des différences.

Je prolonge la question : Si 4 forces se sont différenciées d'une seule et meme force, on peut penser qu'une force puisse se différencier en 2 forces "distinctes" dans le futur ? Idée farfelue peut-etre....

pour ça il faudrait par exemple que des conditions similaires à celles présentes lors de la brisure de symétrie électrofaible puissent se représenter. Ca signifie donc au minimum une brisure spontanée de la symétrie des groupes décrivant les interactions actuelles. On peut toujours casser une symmétrie, mais encore faut-il trouver le moyen

On en est pas loin ....ca veut dire qu'on cherche toujours à "reellement" unifier ces deux forces ?

mais pas uniquement elles : on met tout le monde ensemble dans les cordes (par exemple)

[BioBen]

bah non : l'interaction entre un électron et un neutrino électronique via un boson W se fait bien grâce à la saveur... l'électron ne réagit pas avec le neutrino muonique.

Alors mettez vous d'accord lol . Le truc c'est que moi j'en sais rien ! (j'espere commencer à étudier ca l'an prochain )

Ca signifie donc au minimum une brisure spontanée de la symétrie des groupes décrivant les interactions actuelles. On peut toujours casser une symmétrie, mais encore faut-il trouver le moyen

Mais donc une brisure spontanée pourrait toujours arriver ? C'est sans doute très peu probable, mais possible ?

mais pas uniquement elles : on met tout le monde ensemble dans les cordes (par exemple)

Oui oui bien sur, mais la je m'interessais tout particulièrement à l'electrofaible. Contrairement à ce que je pensais il y a quleques heures, il reste donc pas mal à faire pour completement unifier ces forces. Je croyais auparavant que c'était fait, completement fini, mais en fait non (mais si on en est pas loin).

Et l'interaction forte ? On a déja un cadre théorique pour unfiier eletromag-faible-forte (meme si il n'est pas encore très développé) ? Ou bien l'interaction forte est toujours assez à part...(enfin pas autant que la gravitation)

PS : La je ne parle pas des théorie du tout style LQG ou théorie des cordes, je ne m'interesse pas à la gravtiation.

Merci encore, et désolé si quelques questions ne sont pas claires.
Benjamin

[Skippy le Grand Gourou]

bah non : l'interaction entre un électron et un neutrino électronique via un boson W se fait bien grâce à la saveur... l'électron ne réagit pas avec le neutrino muonique.

Pour moi, le terme de saveur est plutôt réservé aux quarks.

[invitea29d1598]

Alors mettez vous d'accord

le up et le down peuvent être vus comme deux états de saveur du même quark. Le quark étrange et le quark charmé, deux états d'un autre quark et finalement le top et le b deux états d'un dernier quark. C'est la "symétrie" d'isospin qui te dit ça.

pour les leptons, tu as exactement le même truc : électron et neutrino électronique sont deux états de saveurs d'un même lepton (le lepton électronique). Même chose pour le muon et son neutrino ainsi que pour le tau et son neutrino.

(en disant ça comme ça on passe sous silence qu'avec les histoires de parité c'est un peu plus sioux que ça : c'est comme si l'électron droit et l'électron gauche n'était pas réellement la même particule...)

Mais donc une brisure spontanée pourrait toujours arriver ? C'est sans doute très peu probable, mais possible ?

le seul truc que je dirais c'est que je ne vois aucune raison fondamentale pour laquelle cela serait strictement impossible

Et l'interaction forte ? On a déja un cadre théorique pour unfiier eletromag-faible-forte (meme si il n'est pas encore très développé) ? Ou bien l'interaction forte est toujours assez à part...(enfin pas autant que la gravitation)

l'interaction forte est unifiée avec l'électrofaible dans le cadre des théories de "grande unification" (GUT pour les intimes). Mais cela te prédit que le proton est pas immortel, or le temps de vie de ce dernier est au moins très très beaucoup grand (selon les diverses expériences réalisées à ce jour). Les modèles les plus simples pour unifier tout le monde (sauf la gravitation) sont donc à oublier et les candidats les plus récents incorporent la gravitation (cf corde and cie)... ce sujet est abordé dans le dossier sur le boson de Higgs (je sais plus dans quelles limites il l'est)... tu devrais têt le (re)lire...

sinon toutes ces histoires sont racontées (avec un peu d'historique) dans "les forces de la nature" de P. Davies.

je ne m'interesse pas à la gravtiation.

tu as tort...

[edit] croisement pour la saveur tu peux regarder en bas de page de ce dossier FS : un physicien des particules parle bien de saveur pour les leptons (et on le fait très couramment pour les neutrinos) :
http://www.futura-sciences.com/compr...ssier176-8.php

[mtheory]

PS : je ne m'interesse pas à la gravitation.

Heu t'es sérieux là ?

[BioBen]

tu as tort...

Heu t'es sérieux là ?

LOOL non mais je ne m'interesse pas à la gravitation que pour quelques jours !
CALM DOWN ! LOOOOL
Non mais franchement vous croyez que j'aie envie de faire de la physique fondamentale sans prendre aucun cours de RG ? Loin de moi cette idée !! J'adore la RG, mais juste là je m'inteessais qu'aux 3autres interactions.

le seul truc que je dirais c'est que je ne vois aucune raison fondamentale pour laquelle cela serait strictement impossible

Oui je comprends ce que tu veux dire.

Mais cela te prédit que le proton est pas immortel, or le temps de vie de ce dernier est au moins très très beaucoup grand (selon les diverses expériences réalisées à ce jour).

Oui je me souviens avoir lu un papier la dessus et la vie du proton serait de genre 10^31 ans....soit très très beaucoup longtemps comme tu le dis !

le dossier sur le boson de Higgs [...]tu devrais têt le (re)lire...

Ca sera fait

"les forces de la nature" de P. Davies.

Ok je verrasi où je peux trouver ce bouquin.
La je suis sur "The Fabric of Cosmos" de Greene, et puis bah il aurait pu appeler ca "The elegant Universe 2" lol c'est un peu du copier collé,...quoique je prefere Fabric, je le trouve plus appronfondie sur la RR, RG et MQ.

[invitea29d1598]

je cite le dossier de Calvet

Les W ont une charge électrique non nulle, ce qui signifie que lors de l'échange d'un W, les fermions changent de charge électrique, ils changent donc aussi de saveur (on appelle la "saveur" d'un fermion sa nature : électron, neutrino, quark u, quark d, etc...).

[invitea29d1598]

La je suis sur "The Fabric of Cosmos" de Greene, et puis bah il aurait pu appeler ca "The elegant Universe 2"

on m'a très fortement déconseillé ce bouquin : il paraît qu'il l'a écrit très rapidement et avant tout sous la pression de sa maison d'édition... en tous cas c'est ce que m'a dit quelqu'un qui en a parlé avec des cordistes aux US...

Ok je verrais où je peux trouver ce bouquin.

il est assez "vieux" donc tu devrais le trouver dans pas mal de biblios... y'a sûrement plus complet et récent mais celui-ci m'avait paru clair et pas mal pour commencer.

[Skippy le Grand Gourou]

Bon, pour en finir avec la terminologie sur la saveur des leptons, il me semblait qu'on utilisait plutôt pour eux le terme de génération --- c'est du moins ce que font mes profs. Mais bon, je veux bien croire que dans la pratique on utilise le terme saveur, puisqu'à chaque génération est associée deux saveurs de quarks. Et pis surtout, ça fait moitié moins de syllabes...

[invitea29d1598]

à chaque génération est associée deux saveurs de quarks.

et deux saveurs de leptons...

tu as six saveurs de quarks et six de leptons réparties en 3 générations.

[Skippy le Grand Gourou]

et deux saveurs de leptons...

tu as six saveurs de quarks et six de leptons réparties en 3 générations.

Oui mais bon, la différence entre un électron et un neutrino me paraît plus importante que celle entre deux saveurs de quarks...

[invite06eed225]

Bonjour à tous,
Pour essayer de répondre à la dernière question de BioBen "La théorie des cordes se range dans quelle catégorie ?" je reprend un texte que j'ai écrit sur un autre forum (pour ne pas retaper les mêmes idées) et là on trouve un bref apperçu historique sur la théorie des cordes, mais aussi une critique (un peu sévère!! désolé pour les adèptes de tout genre ). Aussi je voudrais faire une remarque sur le déroulement de ce forum, dans sa totalité (ou presque) le sujet traité été lié à celui de l'unification électrofaible, et malheureusement en aucun moment nous avons entendu les noms de Sheldon Glashow, Abdus Salam et Steven Weinberg qui normalement sont les premiers à être cité puisqu'ils sont les acteurs principaux de l'unification électrofaible (bon ça ce n'est qu'une petite remarque...ne vous fachez pas ).

Voici comme convenu le texte qui je l'espère répondra à quelques questions récurantes sur la théorie des cordes...

La théorie des cordes fait partie des théories qui veulent unifier la théorie quantique et la théorie de relativité qui sont deux théories encore incompatibles, donc et c'est tout le monde qui le sait (ou presque), le but est d'unifier les quatre interactions fondamentales de la nature en une seule interaction. le principal moteur de cet axe de recherche est surtout d'ordre théorique plutôt qu'expérimental car les physiciens sont dans une étape de recherche où ils doivent digérer tous les résultats obtenus depuis le début du XX ème siècle et les assembler dans un seul schéma cohérent. Et dans cette démarche le sens de la beauté et la simplicité du formalisme mathématique est favorisée sur tout autre argument, car selon l'opinion de S.Weinberg, B. Green, E.Witten... le seul éclaireur fiable dans ce type de recherche reste la simplicité du formalisme.

Bon, ça c'est à peu près le discours officiel, vu de cet angle qui ne voudrais pas les encourager pour cette noble quête de simplicité, les politiciens seront berné par ces jolis discours pour qu'ils financent leur projet...

Mais le physicien avant d'être emporté par ses beaux discours qui lui promettent le jardin d'eden qui est l'explication finale de toutes les lois de la nature (TOE), se doit d'être avant tout un véritable physicien, c'est à dire rester plus objectif et plus pragmatique devant d'une part les faits expérimentaux, et d’autre part les théories proposées pour les expliquer.

Malheureusement, et c’est là un grand problème de la recherche scientifique contemporaine, le physicien s’engage dans sa carrière dans une voie qui lui promet le paradis, une fois qu’il est dedans il ne peut plus en sortir, car enfin de compte c’est sa carrière !! et là les abus commence car il est inconcevable pour celui-ci qu’il s’est trompé de voie, car d’une part c’est tout le monde qui la suit et d’autre part personne n’a prouvé qu’elle est fausse. Et si quelqu’un s’engage dans une discussion avec ce physicien pour essayer de monter que cette voie n’est pas bonne, il trouvera une hostilité du genre des Fanatiques . C’est dans ce sens que je dirais que la théorie des cordes ressemble en plusieurs point à une religion qui veut s’imposer à n’importe quel prix .

Mais revenant au fait, ce qui a motivé au début la théorie des cordes c’était d’essayer d’expliquer la nature de l’interaction forte en supposons une corde qui relie les Quarks entre eux (ce sujet à été traité dans ce forum) et ceci pour expliquer la cause du confinement des Quarks dans le nucléon, car les Quarks quand ils sont reliés par des cordes ils auront des degrés de liberté restreintes par la longueur des cordes. En parallèle la chromodynamique quantique a vu le jours (QCD) et a donné une explication (encore imparfaite) mais plus élégante du phénomène, donc les cordes ont été mise à la poubelle (mais ils ne l’ont pas vidé !), après le besoin d’unification à amener les physiciens vers une théorie qui unifie juste les 3 interactions sans la gravitation, en se basant sur la supersymétrie qui associe à chaque particule son s-particule qui est de spin(s-particule)=spin (particule)+1/2, et là le schéma semblait être complet car en plus ses superpartenaires expliqueraient peut être la matière noire. Mais dans la réalité les choses ne sont pas si belle que ça car en faisant les calcul dans ce modèle les physiciens sont confronté aux problèmes de divergences, ses problèmes ont une longue histoire, et ont été le principal intérêt des travaux de Feynman – Schwinger -Tomogona dans l’électrodynamique quantique QED par le traitement par perturbation, et ont laissé des problèmes encore ouvert. Pour la QCD le traitement par perturbation n’est pas possible à cause de la forte intensité de l’interaction, et là c’est encore le tâtonnement jusqu’à maintenant pour essayer de faire des calculs corrects dans ce domaine. Le problème de divergence venait du fait de supposer les particules élémentaires comme ponctuelles, devant se désarroi il fallait redonner aux particules une taille non nulle pour pouvoir faire des calculs, mais il y a malheureusement l’aspect religieux qu’il ne faut pas négliger, car il oriente les physiciens selon les grand dogmes de la mécanique quantique qui se refuse de donner une image concrète des particules (le spin n’est pas une rotation de quelque chose, mais le terme est choisi pour exprimer une rotation !!), le « Clair -obscure » chère à l’école de Copenhague, comme le disait bien L. De Broglie…Bref tout ça pour dire que la QCD s’est trouvé piégé par ses propres pièges. Et là il fallait un sauveur qui est surtout de notre religion, et c’était la théorie des supercordes, la bête de poubelle a été récupérée, l’avantage elle a une dimension mais une seul (pas trois sinon ont se contredit) donc ont peut faire de beaux calculs avec elle, et là il faut modeler tout pour que cette corde lorsqu’elle vibre explique tout le spectre des particules observé, il fallait fabriquer des espaces mathématiques sur mesure pour que cette corde ne se fâche pas !! et en plus il fallait trouvé une fois pour tout tant que le fer est chaud la solution du problème de la gravitation, et là aussi c’est du bricolage et juste du bricolage (où est passé cette quête de simplicité chère aux parleurs politiciens !!!), il fallait expliquer pourquoi l’intensité du champ gravitationnel était trop faible par rapport aux autres champs, car pour que la gravitation peut être traitée dans le cadre quantique il faut que son intensité soit comparable aux autres(il faut qu’elle se convertisse à la religion) et pour expliquer pourquoi elle parait faible on suppose que l’interaction est aussi forte que les autres mais se propage dans un espace à dimension supérieur (on ajuste le nombre de dimension à 11 pour que l’intensité observée soit égale à l’expérience pour les 3 dimensions, et ont suppose que les autre dimension sont caché dans le coffre fort de l’infiniment petit)...

Bon, en tout cas, je ne prétends jamais avoir ni la réponse ni les compétences pour dire qui a raison et qui a tort mais tout ce que je sais c’est que la manière dont les choses se déroulent ne sont pas très nettes et que les jeux de cachotterie et de Mythification sont les maître rois dans cette discipline . Ont est encore loin de l’idéal scientifique de l’honnêteté intellectuel.


Merci pour votre écoute et surtout nevous fachez pas, la nature est plus belle que ça!! .

[invitec913303f]

Bonjour à tous chère amis, sa faisait longtemps que je ne suis pas venu après quelque temps assé dificiles. Il y à une chose que je ne cerne pas très bien. Quand vous parlez de symétrie en physique et plus exactement les interactions fondamentales, j'avoue ne pas savoir de quoi vous parlez, un petit rafraichissement me ferais grand bien. merci à vous et salutations à tous.

Flo