1.2) Electrofaible

            1.2.1) L'interaction Faible

L'interaction faible agit entre tous les fermions élémentaires, et particulièrement sur le neutrino, puisque c'est la seule interaction à laquelle il est sensible. C’est pourquoi il est si difficile de les détecter.

L’interaction faible est responsable de la radioactivité β. C'est-à-dire de la transformation d’un neutron en  proton avec émission d’un positron et d’un neutrino ou de la transformation d’un proton en neutron avec émission d’un électron et d’un antineutrino.

 En fait c’est un des quarks ; le down pour le neutron ou le up pour le proton qui se transforme respectivement en up ou en down. Cette transformation se traduit par l’émission d’un boson qui se désintègre très rapidement pour former dans un cas le neutrino et le positron, dans l’autre cas l’antineutrino et l’électron.

 

Voici la Représentation de Feynman de l'interaction faible β^- et β⁺ par courant chargé

 

Ces deux désintégrations sont dites « par courant chargé » car les particule médiatrices W⁺ et W^- ont une charge électrique respective de +e et –e.

 

Il existe un deuxième type d’interaction faible : l'interaction faible par courant neutre où le vecteur de l'interaction est le Z⁰ qui, lui, ne possède pas de charge. Cette interaction ne provoque pas de changement de saveur, c'est-à-dire, par exemple, qu’un quark U y étant soumis ne se changera pas en D.

 

Les masses des W et du Z⁰ sont très élevées (80,4GeV pour les W et 91,1GeV pour le Z⁰, soit presque cent fois plus qu'un proton), la portée de l'interaction faible est donc très courte, de l'ordre de 10^-18m.

 

De plus, l’interaction faible viole la parité CP car les neutrinos et antineutrinos émis lors de la désintégration β⁺ et β^- possèdent un spin identique. Nous reviendrons dessus dans la partie 2.

 

            1.2.2) L'interaction Electromagnétique

La force électromagnétique est responsable de la cohésion des atomes, l’électron reste autour de son noyau. Cette force, à l’inverse de la gravitation, peut être répulsive ou attractive. Elle est à l'origine de tous les phénomènes électriques et magnétiques. De même, c’est elle qui permet de combiner les atomes en molécules, elle est donc responsable aussi des réactions chimiques. Elle peut, dans certaines conditions, créer des ondes électromagnétiques, comme la lumière, les ondes radio, les ondes radar, les rayons X...

Cette interaction n’agit qu’entre particules possédant une charge électrique, c'est-à-dire les fermions, mis à part les neutrinos qui ont une charge nulle.

Sa particule médiatrice est le photon. Etant de masse nulle, cette interaction a donc une porté infinie, bien sûr avec une diminution de l'intensité.

 

L’équation de Maxwell  peut s’appliquer à l’échelle atomique.

On en déduit son expression intégrale :

Assimilons une particule chargée, comme un électron par exemple, à une sphère de rayon R de charge totale Q.

 Prenons comme surface de Gauss une sphère de rayon r ,

Les isométries positives  donnent.

Les isométries négatives donnent.

Avec r>R on obtient :

 

deavec q la charge d’une autre particule, on à