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De quoi l'Univers est-il fait ? Comment a-t-il débuté et quel est son avenir ? Pourquoi existons-nous ? Voilà quelques questions que l'Homme s'est toujours posées. Pour tenter de répondre à ces questions, la physique des particules étudie la constitution ultime de la matière et les lois qui régissent les interactions entre objets fondamentaux. Les progrès dans la direction de l'infiniment petit ont franchi les étapes successives de la molécule, de l'atome, du noyau, pour aboutir aux particules élémentaires. Ainsi, au cours du XXe siècle, la physique des particules a connu une évolution phénoménale et l'on distingue aujourd'hui des détails cent million de fois plus fins qu'il y a cent ans. En quelques décennies, la frontière de l'infiniment petit a été repoussée de huit ordres de grandeurs. C'est cette quête pour comprendre la matière que ce livre raconte.

La quête de l'infiniment petit, l'une des aventures scientifiques majeures du xxe siècle, a fait découvrir aux physiciens un monde étrange et déroutant. A l'aide de leurs accélérateurs de particules, les plus grands instruments scientifiques jamais construits, ils ont mis au jour, au sein des atomes, les quarks et les leptons qui constituent la matière, ainsi que les particules virtuelles qui rendent compte des quatre forces fondamentales de l'Univers. Et leur recherche a paradoxalement débouché sur une nouvelle vision de l'évolution de l'Univers, cet infiniment grand auquel donnent accès les télescopes... Ayant vécu de près cette passionnante plongée - autant théorique qu'expérimentale - au coeur de la matière, l'auteur l'expose ici avec simplicité, sans rien omettre des implications économiques, politiques, philosophiques d'une recherche pas comme les autres.

Que savons-nous de l'Univers ? Que nous reste-t-il encore à comprendre ? Ce livre explique de façon limpide comment les physiciens travaillent, quels sont leurs outils, leurs certitudes, leurs interrogations.

Que peut-on savoir aujourd'hui de la matière ? Pour répondre à cette question, la physique quantique cherche à déterminer quel est le plus petit élément constitutif du réel. Ce qu'elle découvre, ce n'est plus un objet mais un rapport, une relation. Les particules les plus élémentaires ne peuvent, en effet, être observées sans entrer en interaction avec les instruments qui les observent. L'observation même modifie irrémédiablement les particules. Les constituants ultimes de la matière ne sont plus des points matériels, mais une interaction. Ils relèvent des plus hautes énergies et renvoient aux temps de l'univers primordial, quand la matière était une énergie indifférenciée. L'infiniment petit ouvre donc à l'infiniment complexe et donne les clés de l'univers - l'infiniment grand. Ces trois infinis, la physique quantique les trouve dans l'horizon des particules. L'horizon apparent, observable dirait-on, celui de l'expérimentation qui enregistre les traces laissées par des particules dans le détecteur ; l'horizon profond, celui où la théorie postule de manière étourdissante l'existence nécessaire de particules ou de phénomènes interactifs que l'expérimentation ne peut pas encore prouver, ou bien, au contraire, cherche à comprendre les stupéfiantes découvertes d'une expérimentation qui la devance. Aussi la notion clé d'horizon aide-t-elle à penser les rapports bouleversés de l'objectif et du subjectif, du visible et de l'inobservable, bref, à redéfinir le concept de sujet de la connaissance.

Ce livre introduit la physique des particules sans la complexité du formalisme mathématique habituel. Les particules sont tout d'abord présentées selon une vision moderne - leptons, quarks et bosons vecteurs - avec leurs propriétés statiques et leurs lois de conservations. Leurs interactions sont ensuite décrites avec les principales thématiques de recherche. Enfin, la dernière partie aborde les symétries et explique comment le modèle standard a vu le jour et quelles sont ses implications pour les recherches futures et pour la cosmologie. Destiné en priorité aux étudiants des masters scientifiques, cet ouvrage peut être consulté avec profit par les étudiants des Écoles d'ingénieurs, des IUFM et par les enseignants du secondaire.

Ce livre accompagne, par un hasard providentiel, la communication mémorable faite au CERN en juillet 2012, vous mettant ainsi au c?ur des événements qui passionnent nos physiciens des particules à la recherche du boson de HIGGS traqué depuis plus de quarante ans ! Braquant un projecteur sur quelques êtres exceptionnels, cet ouvrage évoque cet inlassable jeu de cache-cache auquel s'amusent depuis près de trois millénaires les hommes et les particules atomiques. Il débute dans l'antiquité grecque, et se termine par l'interview d'un physicien des particules du CERN. À la lecture de ce livre vous vous joindrez ainsi à la cohorte de tous ceux qui se passionnent pour ce monde dans lequel nous sommes immergés, visible ou invisible, des lointaines nébuleuses jusqu'aux quarks du noyau de l'atome...

Le modèle standard de la physique des particules est une théorie qui décrit les constituants élémentaires de la matière et les interactions qui existent entre eux. Le présent ouvrage est un exposé du développement historique de ce modèle qui suppose que toute la matière est composée de quarks et de leptons, particules ponctuelles de spin 1/2. On dénombre trois générations de quarks et autant de leptons. Les interactions faible, forte et électromagnétique sont, pour leur part, décrites par des théories de jauge dont la médiation est effectuée par des quanta de jauge de spin 1. Ces médiateurs sont les ? , W + , W - , Z ainsi que huit gluons. La gravitation est par ailleurs analysée dans l'ouvrage dans sa formulation classique et relativiste. Enfin le mécanisme dit de Englert-Brout-Higgs prévoit des particules de spin zéro, correspondant à un champ scalaire qui est supposé donner une masse aux quarks, leptons et aux bosons vecteurs intermédiaires W + , W - , Z . Nous décrivons ce mécanisme et les expériences du CERN qui ont permis d'observer, selon les résultats communiqués en juillet 2012, une particule dont les caractéristiques sont compatibles avec celles du boson de Higgs. Enfin, nous indiquons les limitations du Modèle Standard et disons quelques mots des théories de Supersymétrie et de Grande Unification. Des reproductions de titres d'éditions originales et une bibliographie complètent l'ouvrage.

Comment retracer l'histoire de l'Univers ? Deux cheminements sont possibles : sonder la matière aux plus petites échelles possibles, ce qui permet de voir des aspects de l'Univers tel qu'il était peu après le big bang ; ou bien observer la lumière telle qu'elle a été émise loin dans le passé, en observant les objets situés aux confins des zones accessibles à notre observation. La mise en service du LHC, le plus grand accélérateur de particules, permettra peut-être de résoudre certains des défis et des apparentes contradictions soulevés par ces deux approches. L'intense bouillonnement intellectuel qui accompagne ces recherches fait présager une révolution scientifique de grande ampleur.

Voici, enfin accessible, l'épopée de la quête moderne d'une théorie unifiée à laquelle Einstein s'était consacré dans les dernières années de sa vie. Ce livre explicite ainsi pour nous le " modèle standard " - cette théorie qui décrit les constituants et les interactions fondamentaux de la nature -, les " supercordes " et finalement la " supersymétrie ", l'une des hypothèses les plus prometteuses de la physique contemporaine. Celle-ci implique qu'à chaque particule fondamentale soit associé un " superpartenaire " détectable à des énergies et des intensités que l'on commence à peine à atteindre dans les plus grands accélérateurs. Si Gordon Kane et ses collègues sont bien sur la bonne voie, ces superpartenaires devraient fournir la clé de bon nombre de mystères de la physique contemporaine (comme l'existence du boson de Higgs) et de l'une des principales énigmes cosmologiques : l'existence de la fameuse " matière noire " de l'univers.

Une révolution bouleverse la science: à la recherche des particules élémentaires, la physique quantique découvre de nouvelles briques fondamentales de la matière, les quarks et les leptons; mais plus encore, elle fournit le cadre conceptuel qui permet de penser l'élémentarité. L'édifice de la physique classique qui gouverne notre vie quotidienne est fortement remis en cause par l'apparition, au niveau microscopique, de rapports insoupçonnés entre la matière, l'espace et le temps. Se laisser guider par Gilles Cohen-Tannoudji et Michel Spiro, c'est pénétrer dans un univers autre et pourtant aussi réel que le nôtre: les quarks y ont du charme, de la beauté et de la couleur; l'univers y est en expansion; les phénomènes n'y sont plus des objets en soi, mais des réalités expérimentales construites et élaborées; d'ailleurs la réalité elle-même n'y est plus indépendante de l'observation puisque celle-ci en perturbe irréversiblement les éléments qu'elle étudie; on y conçoit l'espace-temps comme un milieu matériel dont les propriétés varient selon l'échelle d'observation mais qui seul permet de comprendre la logique objective de l'élémentarité; les propriétés de symétrie y sont le fil conducteur. De l'infiniment petit des particules à l'infiniment grand des structures de l'univers, ce fascinant monde quantique est bâti par une ambition hier encore jugée folle et utopique: unifier un jour en une théorie unitaire toutes les particules et les interactions fondamentales (gravitationnelle, électromagnétique, nucléaire forte et nucléaire faible) de la matière. Déjà la physique des particules peut aujourd'hui reconstituer l'histoire de l'univers jusqu'au milliardième de seconde qui suivit la naissance de celui-ci. Elle est au seuil de l'état d'origine où la matière était indifférenciée. Le silence des espaces infinis a cessé de nous effrayer.Gilles Cohen-Tannoudji, prix Thibaud 1971, est physicien théoricien au CEA à Saclay. Il est rattaché depuis 1983 au département de physique des particules élémentaires; il enseigne à l'Université de Paris XI-Orsay et à l'Institut national des sciences et techniques nucléaires. Michel Spiro, physicien expérimentateur au CEA à Saclay, prix Joliot-Curie 1983 et prix Thibaud 1985, participa à l'expérience UAI qui permit de découvrir en 1983 les bosons intermédiaires nécessaires à l'unification des interactions électromagnétique et nucléaire faible. Il est maître de conférences à l?École polytechnique.

Qu'est-ce qui relie la physique des particules la plus abstraite aux objets de notre vie quotidienne ? Comment penser à la fois, et selon quelle dialectique, les constituants les plus simples de la matière, l'histoire de l'évolution, les organismes vivants les plus sophistiqués, et toute la complexité biologique et culturelle de l'homme - jusqu'à ses langues et ses formes de société ? Apparemment, il n'existe pas de lien entre les uns et les autres. Pourtant, Murray Gell-Mann, prix Nobel 1969 pour la théorie des quarks dont il a été l'inventeur, montre comment, de la bactérie qui développe une résistance aux antibiotiques jusqu'à l'enfant qui apprend à parier, de la formation des galaxies à celle des différentes cultures, de la pensée créatrice à la simulation informatique, se déploie l'interrelation de la simplicité la plus nue et de la complexité extrême. Professeur émérite au Californian Institute of Technology (le Caltech) et fondateur du Santa Fe Institute, partisan d'un équilibre harmonieux entre progrès technologique et protection de l'environnement, Murray Gell-Mann souligne l'extraordinaire richesse de cette nouvelle approche ou se rencontrent les avancées les plus spectaculaires de la pbysique quantique, de celle des particules, de la cosmologie, de la théorie de l'évolution, de la biologie et de la génétique, et des nouveaux outils informatiques. Fascinant par l'étendue de ses connaissances, Le Quark et le Jaguar est un livre de référence indispensable à ceux qui, attirés par un voyage au coeur du simple et du complexe, veulent connaître et comprendre l'unité du monde et du vivant.

Prix Nobel de physique en 1979, avec Abdus Salam et Steven Weinberg, pour sa contribution à la théorie de l'unification de la force électromagnétique et de la force nucléaire faible, quelques années plus tard découvreur de l'une des composantes fondamentales de la matière, le quark dit charmé ( d'où le titre à double sens du livre), Sheldon Glashow est unanimement considéré comme l'un des plus grands physiciens vivants.Avec beaucoup de clarté, d'humour et un brin de provocation, il nous décrit ici comment il a procédé à ses principales découvertes. Il ne se contente pas de nous faire pénétrer dans la vie d'un chercheur de réputation mondiale. En nous expliquant les tenants et les aboutissants de ses recherches, il nous amène jusqu'au c?ur des théories physiques actuelles, nous en fait comprendre les enjeux, leur lien profond avec des moyens technologiques d'exploration de la matière de plus en plus puissants. Ainsi nous entraîne-t-il jusqu'au dernier niveau de la réalité - là où, actuellement, nous ne pouvons plus réellement voir, mais où la puissance de la théorie pénètre et suscite des expériences qui font tout de même apparaître les signatures du réel.

Combien de particules dans un petit pois ? Quelles relations ce légume à la rondeur familière entretient-il avec l'infiniment petit ? Fermions, bosons, leptons, baryons... quelles bêtes étranges rodent dans le zoo des particules ? Quarks, neutrinos, muons, gluons... lesquels de ces animaux exotiques peuvent se targuer d'être les constituants élémentaires de la matière ? Celle-ci a-t-elle livré tous ses secrets ? (...) Les Petites Pommes du Savoir Des réponses brèves, claires et sérieuses aux questions que vous vous posez sur le monde.

Ouvrage d'histoire des sciences retraçant le rapide développement de la physique des particules depuis la fin des années 20, jusque dans les années 60. Il s'agit d'une discipline scientifique fondamentale, cherchant à décrire la substance de la matière jusqu'aux plus infimes particules et à expliquer l'histoire de l'univers.

Pourquoi les « particules élémentaires » qui forment toute la matière ont-elles une masse ? Étrange question qui semble être en contradiction avec toute notre intuition physique.Dans ce livre, nous montrons d'abord que la réponse à cette question est tout sauf évidente et ensuite que la clé peut se trouver dans la découverte récente d'une nouvelle particule à l'accélérateur géant LHC (Large Hadron Collider) situé au CERN, près de Genève.Nous proposons au lecteur une promenade guidée qui l'emmènera des confins de l'Univers pendant les premières fractions de seconde après le Big Bang, aux plus petits constituants de la matière tels que nous les apercevons dans nos laboratoires. Notre guide sera un principe profond de symétrie qui, de façon surprenante, semble déterminer la structure du monde.

"Découvrez les secrets de la matière et de l'Univers !" Accélérateurs géants, détecteurs sophistiqués, particules ­énig­ma­tiques? La physique subatomique peut sembler bien intimidante pour le novice. Et pourtant, qui n'a jamais entendu parler du boson de Higgs et du Cern, le laboratoire européen où il a été découvert en 2012 ? Nul besoin d'être un spécialiste pour comprendre de quoi il s'agit. Aujourd'hui, une théorie très élégante, le modèle standard, décrit tous les résultats des expériences dans le domaine. Trente-sept particules élémentaires et quatre forces fondamentales : c'est tout ce dont nous avons besoin pour expliquer la matière et l'Univers visible ! Ce livre, destiné à un large public, raconte sans équations le long parcours qui a abouti à ce modèle. Un parcours émaillé de progrès scientifiques et techniques : les rayons X, la supraconductivité, Internet sont nés dans les laboratoires de physique. Et la science s'est trouvée mêlée de près à l'Histoire pour le meilleur et pour le pire, comme le lâcher de bombes atomiques sur Hiroshima et Nagasaki. De ce tourbillon étrange et irrésistible ont émergé les connaissances actuelles qui, nous le savons, ne sont pas complètes. Les dernières observations cosmologiques suggèrent l'existence de nouvelles composantes dans l'Univers, comme la mystérieuse matière noire?Les bouleversements, du moins du côté de la recherche, sont loin d'être finis. Marco Zito est membre de l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers, au CEA. Il a longtemps animé une chronique dans le supplément sciences du journal Le Monde.

Que se passe-t-il au niveau le plus fondamental de la Nature ? Cet ouvrage explore les connaissances actuelles et montre comment les physiciens des particules utilisent la théorie et l?expérience pour sonder notre concept même de ce qui est réel. Des prémices de la théorie atomique à la supersymétrie, les trous noirs, la matière noire, le boson de Higgs, l'hypothétique graviton, ce livre présente l'univers fascinant et les nouveaux challenges de la science que nous décrit la physique des particules. Laissez-vous guider par cette visite unique à travers la science la plus étonnante et stimulante entreprise aujourd'hui.

L'enjeu de ce dialogue entre un spécialiste de la pensée antique, Heinz Wismann, et un théoricien de la physique moderne, Etienne Klein, est de retracer la longue histoire de l'idée de l'atome qui n'a cessé de hanter l'imagination des chercheurs. Il ressort de cette reconstruction des étapes successives de l'atomisme que, même si les moyens de vérification changent d'une époque à l'autre, c'est le génie créatif des savants qui, d'hypothèses en hypothèses, fait progresser les découvertes. De Démocrite, qui au Ve siècle avant notre ère pense au vide dynamique, à la théorie moderne de l'atome, ce sont des hypothèses spéculatives qui ont fait bouger les lignes ; pour progresser, la science a besoin de "penser". Avec ces deux complices, il sera démontré de façon vivante et passionnante que la jonction se fait entre la science la plus avancée et la culture, que tout commence toujours par la pensée, la spéculation, c'est-à-dire quelque chose qui n'est pas encore schématisé.