Antiparticule
A toute particule est associé une antiparticule, de même masse et de charge électrique opposée. L’existence des antiparticules, et plus généralement de l’antimatière, avait été prédite dans les années 1930. Elle s’impose, d’un point de vue théorique, aux yeux des physiciens qui tentait d’unifier la relativité restreinte et la physique quantique afin de pouvoir décrire les particules très rapides.

Atome

Entité composée d’un noyau (assemblage très compact de protons et de neutrons) et d’un nuage périphérique composé d’un cortège d’électrons.

Big-bang
Modèle théorique, largement confirmé par les observations, d’après lequel l’univers a d’abord connu des conditions de température et de densité très élevées, qui se sont atténuées au cours de son expansion.

Boson

Les bosons sont des particules de spin entier. Ils obéissent à la statistique de Bose-Einstein. Les photons sont des bosons.

Boson de Higgs

Particule élémentaire prédite en 1964, détectée en 2012 au LHC. Le champ quantique qui lui est associé confère une masse aux particules élémentaires.

Collisionneur de particules

Accélérateur dans lequel on réalise des collisions entre particules provenant de faisceaux circulants en sens inverse. Les collisionneurs actuels sont circulaires. Les prochains seront sans doute linéaires.

Constante de Planck

Constante universelle, qu’on note h. Sa valeur est de 6,622.10^-34 joule.seconde. Elle constitue l’emblème du monde quantique : un univers dans lequel la constante de Planck aurait une valeur nulle serait en effet intégralement régi par la physique classique.

Corps noir

Le corps noir est un objet idéal qui absorbe toute l’énergie électromagnétique qu’il reçoit (il ne peut en réfléchir ni en transmettre).

Densité critique

En cosmologie, la densité critique correspond à la densité d’énergie que doit avoir un univers homogène, isotrope et en expansion pour que sa courbure spatiale soit nulle. La densité critique sépare donc, à toute expansion fixée, les modèles dits « fermés » (en fait à courbure spatiale nulle) des modèles dits « ouverts » (en fait à courbure spatiale négative). Un univers dont la densité est égale à la densité critique possède une courbure spatiale nulle, c’est-à-dire que les lois de la géométrie euclidienne usuelles y sont valables à grande échelle.

Effet Tunnel

propriété d’un objet quantique de franchir un barrière de potentiel même si son énergie minimale est inférieure à l’énergie nécessaire pour franchir cette barrière.

Électromagnétisme

Science qui décrit les lois des phénomènes électriques et magnétiques, et plus généralement les phénomènes optiques et chimiques. Elle fut fondée au cours du XIXe siècle. C’est au physicien écossais James Maxwell (1831-1879) que l’on doit la première synthèse théorique de l’électromagnétisme, sous la forme des équations qui portent son nom.

Électron

Particule élémentaire de charge électrique négative entrant dans la composition des atomes. Les interactions électromagnétiques entre électron d’atomes voisins déterminent les liaisons chimiques qui associent les atomes en molécules.

Électronvolt

Unité d’énergie utilisée en physique des particules. Un électronvolt correspond à 1.6 10^-19 joule. Le MeV vaut un million de joules, le Gev 1 milliard de joules, et le TeV mille milliards de joules.

Éléments chimiques

Tout noyau atomique est constitué de nucléons c’est-à-dire de protons et de neutrons. Les protons portent une charge électrique positive, exactement opposée à celle de l’électron. Les neutrons, eux, sont de charge électrique nulle. Le nombre de protons dans un noyau s’appelle le numéro atomique, que l’on note Z. Quant au nombre de neutrons, il est désigné par N. La somme Z + N, appelée nombre de masse est noté A, représente donc le nombre total de nucléons contenus au sein du noyau. Dans l’atome, électriquement neutre par nature, le nombre d’électrons autour du noyau est égal à celui des protons dans le noyau, c’est-à-dire au numéro atomique Z. Ce dernier doit son importance particulière au fait que tous les atomes contenant un même nombre de protons (de même Z) ont les mêmes propriétés chimiques, puisqu’ils sont entourés d’un même cortège électronique. Ils constituent ce qu’on appelle un élément chimique.

Énergie noire

Composante de l’univers, de nature inconnue, introduite pour expliquer l’accélération qui paraît caractériser l’expansion de l’univers depuis quelques milliards d’années. La preuve de son existence est fondée notamment sur l’observation de certaines explosions d’étoiles, les supernovae de type Ia.

Energie

L’énergie en physique est la capacité d’un système à produire un travail. Définie dès l’Antiquité, notamment par Aristote, elle caractérise l’état d’un système et se conserve au cours des transformations. Elle s’exprime en joules J dans le système international, et souvent en kilowatts-heures kW.h dans la vie courante.

Entropie

L’entropie est une fonction d’état extensive. Elle s’interprète comme la mesure du degré de désordre microscopique d’un système.

Equation de Schrödinger

Equation fondamentale de la mécanique quantique. Elle joue le même rôle que le principe fondamentale de la dynamique en mécanique classique. Conçue par Erwin Schrödinger en 1925.

Espace-temps

Cadre sous-jacent de notre univers, qui combine les trois dimensions d’espace et la dimension du temps. Le concept d’espace-temps fait partie intégrante de la théorie de la relativité restreinte d’Einstein. Selon la théorie de la relativité générale, sa courbure est à l’origine de la gravitation.

Fermion

Un fermion est une particule de spin demi-entier. Ils obéissent à la statistique de Fermi-Dirac. L’électron et le proton sont des fermions.

Force électrique

C’est par elle que deux charges électriques se repoussent si elles sont de même signe et s’attirent si elles sont de signes opposés. L’intensité de cette force décroît comme l’inverse du carré de la distance séparant les deux charges.

Hadron

Particule sensible à l’interaction nucléaire forte. Il existe deux sortes de hadrons : les baryons, constitués de trois quarks, et les mésons, constitués d’un quark et d’un antiquark.

Hélium

L’élément chimique le plus léger après l’hydrogène. Son noyau est composé de deux protons et de deux neutrons pour l’hélium 4, l’isotope le plus répandu, (celui d’hélium 3 n’a qu’un seul neutron). L’hélium présent dans l’univers a été synthétisé lors de la nucléosynthèse primordiale. Rare dans l’atmosphère terrestre, il est abondant dans les étoiles où il est le résultat de la fusion de l’hydrogène.

Inflation

Hypothèse selon laquelle l’univers primordial aurait connu une phase d’expansion extraordinairement rapide et très brève (10^-35 secondes…). Elle expliquerait plusieurs caractéristiques de l’univers actuel.

Interaction électromagnétique

Interaction qui est à la base de tous les phénomènes électriques, magnétiques, optiques, chimiques. Elle est omniprésente en physique.

Interaction gravitationnelle

Interaction toujours attractive de longue portée mais d’intensité beaucoup plus faible que celle des autres interactions fondamentales.

Interaction nucléaire faible

Interaction responsable de certains phénomènes radioactifs, notamment la désintégration du neutron en un proton, un électron est un antineutrino.

Interaction nucléaire forte

Interaction de courte portée qui assure les liaisons entre quarks et maintien ensemble les nucléons, composé de quark, au sein du noyau des atomes.

Kelvin

Unité de température de symbole K. L’échelle Kelvin a un point fixe qui est par convention la température du point triple de l’eau (où coexistent les phases solide, liquide et vapeur) à 273,16K. 0K = -273,15 °C correspond au zéro absolu où toute forme de matière est figée.

Lepton

Particule sensible à l’interaction nucléaire forte. Les leptons chargés participent aux interactions faibles et électromagnétiques. Les leptons neutres (neutrinos) ne subissent que l’interaction faible.

Matière noire

Composante majeure de l’univers, plus de six fois plus abondante que la matière visible ordinaire, elle a pour particularité de n’émettre aucun rayonnement et de n’agir que par le biais de la gravité.

Méson

Particule sensible à l’interaction nucléaire forte est composée d’un quark et d’un antiquark.

Multivers

Modèle cosmologique qui envisage l’existence de nombreux univers différents, peut-être une infinité, chacun étant le théâtre d’un ensemble de lois physiques différentes, et chacun étant isolé de tous les autres.

Mur de Planck

Ce terme désigne un moment particulier de l’univers, une phase par laquelle il est passé et qui se caractérise par le fait que les théories physiques actuelles sont impuissantes à décrire ce qui s’est passé en amont de cette phase. L’énergie, la longueur et la durée qui lui sont associées, dites de Planck elles aussi, valent respectivement 10¹⁹ GeV, 10^-35 mètre et 10^-43 seconde.

Neutralino

Particule prédite par la supersymétrie et constituée d’un mélange des partenaires supersymétriques du photon, du boson intermédiaire Z⁰ et du boson de Higgs. Elle a une charge électrique nulle et une masse de l’ordre de 100 GeV. Elle pourrait constituer la matière noire.

Neutrino

Particule électriquement neutre de masse très faible, produite lors de certaines réactions nucléaires, et qui n’interagit que très peu avec la matière. Il existe trois espèces de neutrinos.

Neutron

Un des constituants du noyau atomique avec le proton. Il est composé de trois quarks en interaction. Sa charge électrique est nulle. Lorsqu’il est seul, le neutron finit par se désintégrer en un proton, un électron et un antineutrino, au bout de quelques minutes.

Noyau atomique

Cœur d’un atome, très dense, qui porte l’essentiel de sa masse. Tout noyau atomique est constitué de protons et de neutrons.

Photon

Grain élémentaire de lumière, et plus généralement de rayonnement électromagnétique, la lumière visible n’étant qu’une des formes de ce dernier. Sa masse est nulle. Le photon véhicule l’interaction électromagnétique au niveau élémentaire.

Physique quantique

Formalisme mathématique qui sous-tend toute la physique contemporaine, à l’exception de la théorie de la gravitation.

Positron

Antiparticule (chargée positivement) de l’électron. Sa masse est exactement égale à celle de l’électron.

principe de causalité

Si un phénomène, la cause, produit un autre phénomène, l’effet, alors l’effet ne peut précéder la cause. Ce principe n’a encore jamais été mis en défaut par les expériences.

Proton

Un des constituants du noyau atomique, avec le neutron. Il porte une charge électrique positive. Comme le neutron, il est composé de trois quarks en interaction.

Quark

Particule élémentaire composant les hadrons, c’est-à-dire les particules sensibles à l’interaction nucléaire forte. Il existe six sortes de quarks (six « saveurs », disent les professionnels).

Relativité générale

Théorie de la gravitation élaborée par Einstein en 1916. La gravitation n’y est plus décrite comme une force qui agit dans l’espace, mais comme une déformation de l’espace-temps, qui est courbé par la matière et l’énergie qu’il contient.

Relativité restreinte

Théorie élaborée par Einstein en 1905, qui introduit le concept d’espace-temps en remplacement des concepts jusqu’alors séparés d’espace et de temps. Elle a comme conséquence l’équivalence de la masse et de l’énergie. Une particule est dite « relativiste » si sa vitesse n’est pas négligeable devant celle de la lumière.

Spin

Propriété interne des particules analogue mais non identique au concept habituel de rotation sur soi-même. Le spin d’un électron, lorsqu’on le mesure le long d’une direction arbitraire, ne peut prendre que deux valeurs : soit h/4pi, soit –h/4pi, ou h désigne la constante de Planck. Si l’on imaginait l’électron comme une petite sphère chargée, d’un rayon de l’ordre de 10^-15 mètres, et si le spin correspondait à une rotation de cette sphère, alors la vitesse à la surface de celle-ci devrait être supérieure à celle de la lumière. L’existence même du spin oblige donc à renoncer à se faire un modèle de l’électron qui s’inspirerait de la physique classique.

Supernova

Phase explosive par laquelle certaines étoiles (étoiles binaires ou étoiles massives) achèvent leur évolution.

Théorie de la supersymétrie

Théorie proposée dans les années 1980 en physique des particules. Elle propose de doubler les ingrédients du modèle standard : chaque particule de la matière ordinaire aurait un partenaire super symétrique, plus lourd qu’elle.