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Poursuivant notre série sur le modèle standard, intéressons-nous à présent à l'autre catégorie des particules : les bosons. Ceux-ci tirent leur nom du physicien indien Satyendranath Bose, qui a longuement travaillé dans le domaine de la physique quantique.

Les bosons, donc, sont des particules, mais qui ne « servent » pas à constituer la matière (souvenez-vous, il suffit de trois fermions pour cela). Mais alors, à quoi correspondent-ils ? Eh bien, en grande majorité, ils sont les vecteurs des interactions(1) : c'est par l'existence de ces particules que les interactions peuvent se propager(2). En grande majorité ? Eh bien oui : on connait treize bosons, et douze d'entre eux se comportent de cette manière (on les nomme bosons de jauge). Le treizième ? Le (fameux) boson de Higgs, qui aura le droit à son article à lui tout seul.

Et maintenant, regardons de plus près ces bosons de jauge, en fonction de l'interaction dont ils sont responsables :

L'interaction électromagnétique est propagée par un seul boson : le photon. Eh oui, souvenez-vous, la lumière est une représentante de cette interaction ! Le photon, donc, a une charge nulle et une masse nulle (ce qui permet à cette interaction d'avoir une portée infinie).

L'interaction faible est propagée par trois bosons : les bosons Z0, W+ et W-. Le boson Z0 a des propriétés assez proches du photon, à deux exceptions près : d'une part, il a une masse (de \(1,6 \times 10^{-25}\) kg, certes, mais une masse quand même) et, d'autre part, il a un temps de vie fort court (\(3 \times 10^{-25}\) secondes)(3), alors que le photon n'a pas ce souci. Les bosons W+ et W- ont quant à eux une masse légèrement plus faible (\(1,4×10^{-25}\) kg), un temps de vie identique, mais surtout possèdent une charge définie respectivement comme +1 et -1. Ça reste raccord.

Schéma (qui a dit « moche » ?) pas à l'échelle, mais qui a le mérite d'exposer les lieux de travail de ces bosons.

L'interaction forte est propagée par pas moins de huit bosons : les gluons(4) Les gluons ont une durée de vie illimitée, une charge nulle, et une masse a priori nulle, mais pourtant l'interaction forte a une portée limitée : cela est dû aux interactions qui peuvent avoir lieu entre les gluons même.

L'interaction gravitationnelle n'est pas expliquée par le modèle standard, par conséquent il n'y a pas dans ce modèle de boson vecteur de la gravitation. Cela dit, les bosons ne sont pas l'apanage du modèle standard, et il arrive de classer parmi les bosons le graviton, particule hypothétique qui serait le boson de jauge responsable de l'interaction gravitationnelle (et donc un quatorzième boson). Même si cette particule n'a pas été découverte, et que son existence est sujette à controverse (notamment à cause du problème de définition de la gravitation à l'échelle quantique), certaines informations sont détenues à son sujet. Si le graviton existe, il doit pouvoir se propager sur des distances illimitées : il ne doit donc pas avoir de limite de temps de vie, et doit posséder une charge et une masse nulle.

Il faut bien ça pour arriver à de tels résultats !


  1. (1) Et c'est là que l'ordre de ces articles prend tout son intérêt !
  2. (2) Le mécanisme implique un échange de bosons entre les deux objets affectés par les interactions par le biais de particules virtuelles… Bien trop complexe pour qu'on s'y intéresse ici !
  3. (3) En fait, ce boson ne vit que le temps d'être transmis.
  4. (4) Comme ça on est sûrs que ça colle bien ; pour preuve, on n'a pour l'instant jamais observé de quarks être séparés.

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