Particule élémentaire

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Fermions (Statistique de Fermi-Dirac)
 LeptonsQuarks
Charge électrique0–1 e+2/3 e–1/3 e
Fermions de
1re génération
νe
Neutrino électronique
e
Électron
u
Quark up
d
Quark down
Fermions de
2e génération
νµ
Neutrino muonique
µ
Muon
c
Quark charm
s
Quark strange
Fermions de
3e génération
ντ
Neutrino tauique
τ
Tau
t
Quark top
b
Quark bottom
 
Bosons (Statistique de Bose-Einstein)
InteractionsFaibleÉlectro-
magnétique
Forte
Bosons de jaugeZ0
Boson Z
W±
Boson W
γ
Photon
g
Gluon
Champ de Higgs
électrofaible
H0
Boson de Higgs
Particules élémentaires du modèle standard

En physique des particules, une particule élémentaire, ou particule fondamentale, est une particule dont on ne connaît pas la composition : on ne sait pas si elle est constituée d'autres particules plus petites. Les particules élémentaires incluent les fermions fondamentaux (quarks, leptons, et leurs antiparticules, les antiquarks et les antileptons) qui composent la matière et l'antimatière, ainsi que des bosons (bosons de jauge et boson de Higgs) qui sont des vecteurs de forces et jouent un rôle de médiateur dans les interactions élémentaires entre les fermions. Une particule qui contient plusieurs particules élémentaires est une particule composite.

La matière telle qu'on la connaît est composée d'atomes, que l'on croyait initialement être des particules élémentaires (le mot « atome » signifie insécable en grec). L'existence même de l'atome a été controversée jusqu'en 1910 : les physiciens de l'époque voyaient les molécules comme des illusions mathématiques et la matière uniquement composée d'énergie. Par la suite, les constituants subatomiques ont été identifiés. Au début des années 1930, l'électron et le proton ont été observés, ainsi que le photon, la particule du rayonnement électromagnétique. Au même moment, les avancées récentes de la mécanique quantique ont radicalement changé notre conception de la particule, puisqu'une particule seule pouvait occuper une partie de l'espace comme le ferait une onde, un phénomène qui n'est toujours pas explicable à notre échelle composée d'objets (notamment atomes et molécules) qui ont une localité précise.

Grâce à la théorie quantique, on a découvert que les protons et les neutrons contenaient des quarks (nommés up et down), maintenant considérés comme des particules élémentaires. Et à l'intérieur d'une molécule, les trois degrés de liberté de l'électron (charge, spin et orbitale) peuvent être distingués par la fonction d'onde en trois quasi-particules (holon, spinon et orbiton). Cependant, un électron libre (qui n'est pas en orbite autour d'un noyau atomique et donc sans mouvement orbital) semble insécable et reste classé comme particule élémentaire.

Les fermions élémentaires ont un spin demi-entier et obéissent à la statistique de Fermi-Dirac et au principe d'exclusion de Pauli : ils constituent la matière baryonique.Les bosons ont un spin entier et obéissent à la statistique de Bose-Einstein : ils constituent les interactions élémentaires, hormis la gravitation que nous n'avons pas encore réussi à intégrer au modèle standard.

Les douze fermions décrits par le modèle standard sont classés en trois générations, c'est-à-dire en trois quadruplets de particules dont les termes correspondants sont de masse croissante d'une génération à la suivante. Seuls les fermions de la première génération (dont la masse est la plus faible) sont couramment observés et constituent la matière que nous connaissons ; les huit autres fermions ne s'observent que dans des conditions particulièrement énergétiques (comme dans un accélérateur de particules).

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