interaction

PHYSIQUE

Quatre interactions fondamentales

Il suffit de quatre forces, ou interactions, pour décrire tous les phénomènes physiques.

La première et la plus anciennement connue, la gravitation, qui se manifeste à l'échelle macroscopique et rend compte notamment de l'attraction des corps célestes et de la chute des corps.

La deuxième, l'interaction électromagnétique, explique, dans les atomes, le maintien des électrons autour des noyaux ; elle est à la base non seulement du fonctionnement des appareils électriques, mais aussi des phénomènes optiques et chimiques.

Les deux autres ne se manifestent qu'à très courte distance au sein des noyaux atomiques.

L'interaction faible, ainsi nommée parce qu'elle implique certains processus d'une grande lenteur, comme la désintégration radioactive β, est à l'œuvre dans toutes les étoiles.

Quant à l'interaction forte, elle lie entre eux les quarks à l'intérieur du noyau. Toutes ces forces peuvent être interprétées comme le résultat de l'échange de certaines particules. D'hypothétiques gravitons seraient les messagers de la gravitation ; l'action à distance qu'exerce un aimant résulte de l'échange de photons ; les trois bosons intermédiaires, baptisés Z⁰, W⁺ et W⁻ sont les médiateurs de l'interaction faible, les gluons étant ceux de l'interaction forte (→ particule, quark).

Vers une théorie unifiée

Toujours plus de simplicité : telle pourrait être la devise de la physique théorique. Suivant l'exemple donné par J. C. Maxwell, qui unifia électricité et magnétisme au xix^e s., les physiciens ont fait de même avec la force électromagnétique et l'interaction faible (S. L. Glashow, 1960 ; S. Weinberg et A. Salam, 1967). Ils espèrent pouvoir réunir cette théorie, dite électrofaible, à celle qui décrit les interactions fortes, la chromodynamique. C'est ce qu'on nomme la théorie de grande unification. Le problème est qu'une telle unification, si elle existe, ne se manifeste qu'à des énergies extraordinairement élevées, hors d'atteinte pour les accélérateurs de particules actuels. Aujourd'hui, seule la théorie (fondée sur les lois de la physique quantique) autorise l'« accès » à de telles énergies. Si elle était établie, la grande unification serait aussi une grande simplification, puisque quarks et leptons ne seraient que deux aspects d'une même particule plus fondamentale. À terme, les physiciens espèrent même pouvoir aboutir à une théorie du tout, qui inclurait aussi la gravitation, ce qui implique, au préalable, pour cette dernière, une formulation quantique. Selon certains schémas théoriques actuels, les quatre forces fondamentales à l'œuvre aujourd'hui n'en faisaient qu'une lors de la naissance de l'Univers. Ce n'est qu'après le big bang, lorsque la densité d'énergie a peu à peu diminué, que la force et la matière initiales se seraient différenciées pour donner à l'Univers sa diversité, et sa complexité.