L'isospin faible, une interaction ?

[invitebafd601e]

Bonjour,

D'après certains sites, l'isospin faible des particules ne serait pas une valeur intrinsèque mais une interaction et serait due au boson B ou W3. Cela signifierait-il que chaque particule serait en permanence en contact avec ces bosons ? Comme je ne suis absolument pas sûr de ce que j'avance, je vous demande votre avis.

Je sais que les bosons B et W3 disparaissent pour laisser place aux photons et aux bosons Z mais cela n'est pas impliqué dans la question (du moins je crois).

Merci beaucoup pour vos réponses que j'attend avec impatience !
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[invitefc7d7ed3]

Honnêtement... je ne comprends pas ce que tu veux dire par 'n'est pas une valeur intrinsèquee mais une interaction'...

L'isospin faible est une charge, qui est liée à la théorie électrofaible.
Dans la formulation 'avant brisure de symétrie', il y a deux parties dans cette interaction : la partie SU(2), associée aux trois bosons W+ W- W0 et la partie U(1), associée au boson B.

À chacune de ces interactions sont associées des charges. C'est l'isospin faible (T3) pour SU(2) et Y pour U(1). Ce sont des valeurs intrinsèques à chaque particule, mais qui sont "cachées" dans les interactions qu'on observe, à cause du boson de Higgs, qui nous empêche de voir la structure véritable des interactions électrofaibles en les séparant en interaction électromagnétique et l'interaction faible.

Enfin pas tout à fait de "chaque particule" car c'est un peu plus subtil que ça : il y a deux versions de chaque particule, qu'on appelle gauchère et droitère, qui reflètent un propriété que l'on appelle la chiralité (comme pour les hélices ou l'adn, oui). Mais en fait, comme pour le spin, qui est une propriété qui ressemble à celle qu'aurait une particule qui tourne sur elle-même, même si un électron ne tourne pas sur lui même à proprement parler, c'est une propriété qui ressemble à la propriété qu'a une hélice de 'tourner vers la gauche' ou 'vers la droite', mais ça n'est pas lié à une structure d'hélice interne à la particule. Et il se trouve que T3 et Y sont différents pour les particules gauchères et droitières. Il y a donc deux sortes d'électrons qui ont des charges Y et T3 différentes.

La brisure de symétrie induite par le boson de Higgs a plusieurs effets : elle mélange B et W0 pour donner le boson Z et le photon, et donne leur masse aux W+/- et au Z. Et de ce fait la charge électrique (qui est ce que "voit" le photon) est un mélange de T3 et Y : elle vaut T3+Y/2. Et bien heureusement, T3 + Y/2 est lui indépendant de la chiralité : tous les électrons ont la même charge électrique (ouf ! )

C'est cette charge qu'on voit facilement et que l'on connait depuis longtemps. Un autre mélange de T3 et de Y se manifeste dans le fait que le boson Z n'interagit pas de la même façon avec tous les fermions. Du coup, pour une particule donnée, même si Y est nul ou T3 est nul, elle subira à la fois l'interaction électromagnétique et l'interaction faible par l'intermédiaire du photon et du Z.
Par contre, le boson W ne voit que les particules qui ont une charge T3 non nulle et se fiche de Y. Ainsi, toutes les particules droitières, qui ont T3=0, interagissent avec le photon et le Z, mais pas avec le W.

[invitebafd601e]

Merci beaucoup FlyingDeutschmann,

Si je t'ai bien compris, l'isospin faible n'est pas une interaction (comme la force forte ou électromagnétique) mais une valeur propre. Pourrais-tu m'expliquer en quoi la chiralité influence les autres propriétés des particules et quelle est la différence entre la chiralité et l'hélicité ?

Alexbo

PS : En parlant des bosons B et W0, comment se fait-il qu'ils ne figurent pas dans le modèle standard ?

[invitefc7d7ed3]

Oui, l'isospin faible est la charge associée à la forme "cachée" d'une partie de l'interaction électrofaible. C'est un équivalent un peu plus abstrait de la charge électrique. Si tu veux dire qui est l'interaction, qui est la charge : l'interaction électrofaible (qui se manifeste par l'interaction faible et l'interaction électromagnétique) est l'interaction ( surprise) et T3 et Y sont les charges associées (elles sont principalement visibles dans la vraie vie par la charge électrique). De même pour la QCD, l'interaction forte est l'interaction (re-surprise ), et la couleur est la charge associée.

La chiralité est la même chose que l'hélicité pour les particules sans masse, mais pour les particules massives, ces concepts se dissocient. L'idée derrière la chiralité est assez compliquée en fait, et est liée à l'existence de deux façons possibles de représenter les transformations de Lorentz pour les particules de spin 1/2. Mais en gros ce qu'il faut en savoir si tu n'as pas besoin de faire de calculs c'est que les deux chiralités possibles d'un fermion de spin 1/2 sont deux versions de la même particules.

La chiralité ne joue pas sur les autres propriétés des particules, si ce n'est qu'elle est conservée dans les interactions entre particules sans masses, et est presque toujours conservée pour les particules qui ont une masse négligeable devant l'énergie des collisions (donc au LHC, les quarks u,d,c,s, et l'électron et le muon).

Comme je l'ai dit, le B et le W0 se mélangent à basse énergie pour donner deux particules : le photon et le Z. On ne voit jamais de W0 ou de B au LHC, mais on voit des indices de leur existence à travers le photon et le Z.
Le Modèle Standard peut se définir de deux versions, "avant l'intervention du Higgs" et "après l'intervention du Higgs". La version "avant" est la définition théorique fondamentale, très importante pour comprendre certaines subtilités, mais sans lien direct avec l'expérience. C'est elle qui contient le W0 et le B, et toutes les particules y sont sans masse. On n'en parle pas en général lorsqu'on fait de la vulgarisation, parce que sont contenu est assez éloigné de ce qu'on voit dans les expériences (parce que sa structure est cachée par le Higgs), et que ça ferait une couche de plus à décrire, alors que ce qu'on a à dire en dehors de ça est déjà dense. La version après est celle qui contient les particules "réelles" que l'on voit au LHC, donc les particules ont une masse et le B et le W0 ont laissé la place au photon et au Z. Bien heureusement, ces deux représentations sont équivalentes à très haute énergie.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebafd601e]

Merci pour tes explications,

J'ai pu comprendre ce que je voulais savoir. Cependant, j'ai lu qu'une certaine particule "gauchère" est identique à son antiparticule "droitière" et inversement !

Comment est-ce possible ? Est-ce encore une histoire de transformations de Lorentz ?

[invitefc7d7ed3]

Ce n'est pas le cas. Une particule gauchère a une charge différente de celle d'une particule droitière.
Je pense que ce que tu as lu est le fait que l'antiparticule droitière a les mêmes interactions qu'une particule gauchère. C'est ce qu'on appelle la symétrie CP. Cette symétrie n'est d'ailleurs pas exacte, même si on ne sait pas bien pourquoi. Mais on sait que cette brisure de symétrie est liée au fait que le monde n'a pas autant de matière que d'anti-matière.

Si la symétrie était exacte, les anti-particules droitières interagiraient exactement de la même façon avec les bosons W que le font les particules gauchères, et autant qu'on puisse dire, c'est presque le cas, les différences sont minimes. On sait d'ailleurs que cette différence est insuffisante pour expliquer l'asymétrie matière-antimatière dans l'univers, c'est pour ça qu'on cherche d'autres sources de violations de cette symétrie, notamment dans l'expérience LHCb.

Une symétrie qu'on pense exacte en revanche est la symétrie CPT, qui dit que si on inverse le sens du temps, qu'on échange particule et anti particules et qu'on échange gauche et droite, le monde est exactement équivalent. Ça n'est bien sûr pas quelque chose qu'on peut regarder de manière facile expérimentalement, en "inversant le sens du temps"