Higgs et la Masse. Fawzi BOUDJEMA Café des Sciences, Vizille, novembre 2012

Higgs et la Masse Fawzi BOUDJEMA boudjema@lapp.in2p3.fr Café des Sciences, Vizille, novembre 2012 F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 1 / 18

Élément solide Famille Élément liquide** Métaux alcalins Élément gazeux** ** Dans des conditions normales de température et de pression 0 o C, 1 atm Nonmétaux Métaux alcalinoterreux Élément rtificiel Métaux de transition Lanthanides * non reconnu à ce jour par l UICPA Actinides Métaux pauvres Halogènes Gaz rares Tableau de Mendeleiev: ordonner et agencer TABLEAU PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS 1 2 3 4 5 6 7 Colonne 1 Hydrogène 3 6,9 11 19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1,0 2 H Li Lithium 23,0 Na Sodium 39,1 K Potassium 37 85,5 Rb Rubidium 55 132,9 Cs Césium 87 (223) Fr Francium 4 Be Béryllium 12 24,3 Mg Magnésium 20 40,1 Ca Calcium 38 87,6 Sr Strontium 56 137,3 Ba Baryum 88 (226) Ra Radium 9,0 21 Sc Scandium 39 88,9 Y Yttrium 57 138,9 La Lanthane 89 (227) Ac Actinium 45,0 22 Numéro atomique Symbole atomique Ti Titane 40 91,2 Zr Zirconium 72 178,5 Hf Hafnium 104 (261) Rf 47,9 Rutherfordium 23 V Vanadium 41 92,9 Nb Niobium 73 180,9 Ta Tantale 105 (262) Db Dubnium 50,9 24 Cr Chrome 42 95,9 Mo Molybdène 74 183,8 W Tungstène 106 (266) Sg 52,0 Seaborgium Z 25 XNom Mn Manganèse 43 (98) Tc Technétium 75 186,2 Re Rhénium 107 (264) Bh Bohrium 54,9 26 44 Fe Fer 101,1 Ru Ruthénium 76 190,2 Os Osmium 108 (269) Hs Hassium M 55,8 27 Masse molaire atomique (g.mol -1 ) Famille Co Cobalt 45 102,9 Rh Rhodium 77 192,2 Ir Iridium 109 (268) Mt 58,9 Meitnerium 28 Ni Nickel 46 106,4 Pd Palladium 78 195,1 Pt Platine 110 (272) Ds 58,7 Darmstadtium 29 47 Cu Cuivre 107,9 Ag Argent 79 197,0 111 Au 63,5 Or (272) Roentgenium 30 48 Zn Zinc 112,4 Cd Cadmium 80 200,6 Hg 65,4 Mercure 112 (277) Copernicium 5 13 B Bore 27,0 Al Aluminium 31 69,7 49 81 Ga Gallium 114,8 In Indium 204,4 Tl 10,8 Thallium 113 (284) Ununtrium 6 C Carbone 14 28,1 Si Silicium 32 72,6 Ge Germanium 50 118,7 82 Sn Étain 207,2 Pb 12,0 Plomb 114 (289) Ununquadium 7 15 N Azote 31,0 P Phosphore 33 74,9 51 As Arsenic 121,8 Sb Antimoine 83 209,0 Bi Bismuth 115 (288) Ununpentium O Oxygène 16 32,1 S Soufre 34 79,0 Se Sélénium 52 127,6 Te Tellure 84 (209) Po Fluor 35,5 Chlore 35 79,9 Brome 53 126,9 Iode (210) Polonium Astate 116 (292) 117 (292) Ununhexium F Cl Br I At Ununseptium He Hélium 20,2 Ne Néon 39,9 Ar Argon 83,8 Kr Krypton 54 131,3 Xe Xénon 86 (222) Rn Radon 118 (294) Rg Cn Uut * Uuq Uup * Uuh Uus * Uuo 14,0 8 16,0 9 17 85 19,0 10 18 36 4,0 Ununoctium Dmitri Ivanovitch Mendeleïev (1834 1907) est un chimiste russe connu pour ses travaux sur la classification périodique 6 des éléments. En 1869, il publia une première version de son tableau périodique des éléments appelé aussi tableau de Mendeleïev. Il déclara que les éléments chimiques pouvaient être arrangés selon 7 un modèle qui permettait de prévoir les propriétés des éléments non encore découverts. 58 90 Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Cérium Praséodyme Néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutétium Th 140,1 232,0 59 91 Pa 140,9 231,0 60 92 U 144,2 238,0 61 93 (145) (237) 62 94 150,4 (244) 63 95 152,0 (243) 64 Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Américium Curium Berkélium Californium Einsteinium Fermium Mendélévium Nobélium Lawrencium Tb Np Pu Am Cm Bk 96 157,4 (247) 65 97 158,9 (247) 66 98 Dy Cf 162,5 (251) 67 99 Ho Es 164,9 (254) 68 100 Er 167,3 (257) Fm 69 101 168,9 Tm (258) Md 70 102 173,0 Yb (259) No 71 103 Lu 175,0 (260) Lw opixido artificiel Uut * http://www.science.gouv.fr Tableau_Mendeleiev_2011.indd 1 2/01/12 17:16:00 F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 2 / 18

Briques et Liants: Forces et constituents F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 3 / 18

Briques et Liants: Forces et constituents F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 4 / 18

Briques et Liants: Forces et constituents Matière Ordinaire: Fermions electrons (et positrons), Q e = 1 (Q e + = +1) protons et neutrons constitués de quarks u, d, Q u = 2/3 et Q d = 1/3 F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 4 / 18

Briques et Liants: Forces et constituents Matière Ordinaire: Fermions electrons (et positrons), Q e = 1 (Q e + = +1) protons et neutrons constitués de quarks u, d, Q u = 2/3 et Q d = 1/3 La charge électrique est quantifiée F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 4 / 18

Briques et Liants: Forces et constituents Matière Ordinaire: Fermions electrons (et positrons), Q e = 1 (Q e + = +1) protons et neutrons constitués de quarks u, d, Q u = 2/3 et Q d = 1/3 La charge est conservée F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 4 / 18

Briques et Liants: Forces et constituents Conservation de charge, conservation d énergie,...: Principes Fondamentaux de nos théories, constructions de lois et prédictions de phénomènes F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 4 / 18

Briques et Liants: Forces et constituents Matière Ordinaire: Fermions, Spin=1/2 2s+1=2 états indépendants F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 4 / 18

Les Forces: Que la lumière soit! 1- La Force électromagnétique comment interagissent les charges, les particules chargées? F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 5 / 18

Les Forces: Que la lumière soit! 1- La Force électromagnétique Médiateur: Champs électromagnétique ou le photon Force universelle, l information voyage le plus vite possible mais n est pas instantanée F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 5 / 18

Les Forces: Que la lumière soit! 1- La Force électromagnétique Médiateur: Champs électromagnétique ou le photon Force universelle, l information voyage le plus vite possible mais n est pas instantanée Le messager de l information, le photon est une particule neutre SANS MASSE qui voyage à la vitesse de la lumière! dans... le vide F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 5 / 18

Les Forces: Que la lumière soit! 1- La Force électromagnétique Médiateur: Champs électromagnétique ou le photon Force universelle, l information voyage le plus vite possible mais n est pas instantanée Le messager de l information, le photon est une particule neutre SANS MASSE qui voyage à la vitesse de la lumière! dans... le vide La charge est conservée localement: Principe Premier! F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 5 / 18

Les Forces: Que la lumière soit! 1- La Force électromagnétique Médiateur: Champs électromagnétique ou le photon Force universelle, l information voyage le plus vite possible mais n est pas instantanée Le messager de l information, le photon est une particule neutre SANS MASSE qui voyage à la vitesse de la lumière! dans... le vide La charge est conservée localement: Principe Premier! Photon: Boson de spin-1 F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 5 / 18

Les Forces: Que la lumière soit! 1- La Force électromagnétique Médiateur: Champs électromagnétique ou le photon Force universelle, l information voyage le plus vite possible mais n est pas instantanée Le messager de l information, le photon est une particule neutre SANS MASSE qui voyage à la vitesse de la lumière! dans... le vide La charge est conservée localement: Principe Premier! Photon: Boson de spin-1 µf µν = J ν F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 5 / 18

Forces Nucléaires Interaction Forte: la colle, superglue, qui maintient les quarks à l intérieur du noyau F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 6 / 18

Forces Nucléaires Force Faible: désintégration β: n p + e + ν e Responsable de l énergie du soleil F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 6 / 18

Forces Nucléaires Force Faible: désintégration β: n p + e + ν e Responsable de l énergie du soleil neutrino, ν: sans masse, sans charge électrique,...ne connait que la force faible, il a une charge faible F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 6 / 18

Forces Nucléaires Force Faible: désintégration β: n p + e + ν e Responsable de l énergie du soleil neutrino, ν: sans masse, sans charge électrique,...ne connait que la force faible, il a une charge faible Rappelez vous l électron a deux états, un seul état de l électron s associe au neutrino. Les deux états de l électron n ont pas la même charge faible! Gros problème (le mécanisme de Higgs résout ce problème) F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 6 / 18

Forces Theorie mediateur force relat. long dist. portée (m) Forte QCD gluons 10 38 1 10 15 Electromagnétique QED photons 10 36 1/r 2 Faible QEW W/Z 10 25 1/r e M W 10 18 Gravité ()GR gravitons? 1 1/r 2 F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 7 / 18

Forces Theorie mediateur force relat. long dist. portée (m) Forte QCD gluons 10 38 1 10 15 Electromagnétique QED photons 10 36 1/r 2 Faible QEW W/Z 10 25 1/r e M W 10 18 Gravité ()GR gravitons? 1 1/r 2 Force forte: a une portée finie masse dynamique, condensat F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 7 / 18

Forces Theorie mediateur force relat. long dist. portée (m) Forte QCD gluons 10 38 1 10 15 Electromagnétique QED photons 10 36 1/r 2 Faible QEW W/Z 10 25 1/r e M W 10 18 Gravité ()GR gravitons? 1 1/r 2 Force forte: a une portée finie masse dynamique, condensat Force Faible, médiateurs massifs! F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 7 / 18

Matière et Forces: 1ère famille La somme de toutes les charges est 0 F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 8 / 18

3 familles, pourquoi 3? F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 9 / 18

3 familles, pourquoi 3? Quelle différence entre les 3 generations? F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 9 / 18

3 familles, pourquoi 3? Quelle différence entre les 3 generations? MASS F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 9 / 18

Spin-1/2, Spin-1 et...aucun Spin-0 F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 10 / 18

Matière du Modèle Standard F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 11 / 18

Forces et Matière F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 12 / 18

La Clef des Champs: Le champs electromagnétique F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 13 / 18

voir aussi http://www.youtube.com/watch?v=9uh5mtxrqcg F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 14 / 18

La Clef des Champs 2 F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 15 / 18

Un cadre cohérent et prédictif F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 16 / 18

Notre modèle du Higgs est incomplet, comment le savoir? F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 17 / 18

Surprise, surprise F. BOUDJEMA (LAPTh) Higgs et la Masse Vizille, novembre 2012 18 / 18