Table des matières

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Grandeurs des interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Tableau des particules quasi-stables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Première partie :
NOTIONS GÉNÉRALES

I. Rappels de relativité et cinématique relativiste

1. Transformations de Lorentz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Cône de lumière et régions de l'espace-temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Tenseur métrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Cinématique relativiste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Temps propre; quadrivecteur impulsion-énergie

Invariant s ; seuils de réactions

Transferts d'impulsion-énergie ; invariants t, u

Appendice : systèmes d'unités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

II. Accélérateurs de particules

1. Accélérateurs linéaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Accélérateurs circulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Taux de réaction, section efficace et luminosité . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Accélérateurs circulaires â électrons. Synchrotrons et collisionneurs

III. Détecteurs de particules de grande énergie

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Détection d'ionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Détection d'excitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Calorimètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IV. Notions générales en physique quantique

1. Normalisation des ondes planes et espace de phase . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Vie moyenne et largeur de niveau en physique quantique . . . . . . . . . . . .

3. Calculs d'espaces de phase relativistes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Appendice distributions singulières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Deuxième partie :
ÉLÉMENTS DE THÉORIE QUANTIQUE DES CHAMPS

I. Champs libres

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Équation de Klein - Gordon énergies négatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. États d'un champ scalaire neutre et opérateur de champ . . . . . . . . . . . . .

3. Quantification du champ classique à partir du formalisme Hamiltonien

4. Notions sur le champ électromagnétique libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Champ scalaire chargé libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Particules et antiparticules

Conjugaison de charge. Conservation de la charge baryonique

6. Champs libres associés à des fermions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Appendice : Rappel sur le champ électromagnétique classique . . . . . . . . .

II. La parité

1. Parité intrinsèque d'une particule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Parité orbitale en mécanique quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Opération " parité " sur les champs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Conditions de conservation de la parité totale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Le renversement du temps et le théorème PCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. P et C parités d'un système particule-antiparticule . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

III. Champs en interaction

1. Pion chargé et champ électromagnétique. Lagrangien invariant de jauge

2. Hamiltonien et perturbation du premier ordre. Vertex . . . . . . . . . . . . . .

3. Lagrangien effectif simplifié

    Échange d'une particule virtuelle. Propagateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Théorie mésique des forces nucléaires

    Aperçu sur la théorie de la matrice S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Calcul des sections efficaces et vies moyennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IV. Les champs hadroniques fondamentaux

1. Découverte expérimentale des hadrons étranges . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Les trois quarks u, d, s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Les quarks lourds. Composition des hadrons quasi-stables . . . . . . . . . .

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Troisième partie :
SYMÉTRIES EXTERNES DES PARTICULES SYMÉTRIES
ET NOMBRES QUANTIQUES  INTERNES DES HADRONS

I. Moments angulaires en mécanique quantique.
Groupe des rotations. Groupes de Lie

1. Générateurs du groupe des rotations
    autour d'un point et composantes du moment orbital . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Notions sur les groupes de Lie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Représentations. Représentations irréductibles (R.I.)

R.I. du groupe des rotations SO₃ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Couplage des moments angulaires.
    Réduction du produit de deux R.I. de SO₃ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Spin et moment angulaire total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Hamiltonien invariant par rotation

    Propriétés générales des valeurs propres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Spin ½ et spineurs de Pauli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Appendice : Réduction du produit de deux R.I. de SO₃ . . . . . . . . . . . . . . .

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

II. Symétries et lois de conservation des interactions fortes

1. Proton et neutron. SU₂ et isospin ½ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Triplet des pions. Invariance par SU₂ de l'interaction pion/nucléon . . .

3. G parité d'un ensemble de pions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Invariance par SU₂ pour les autres hadrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Conséquences de l'invariance par SU₂ des interactions fortes . . . . . . . .

III. La symétrie SU₃ de saveur. SU₃ de couleur et gluons

1. L'indépendance de saveur de la force entre quarks et SU₃ . . . . . . . . . . .

2. Le triplet fondamental u, d, s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Les multiplets d'états hadroniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Trialité et SU₃ de couleur. Champ de gluons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Quatrième partie :
PHYSIQUE DE L'INTERACTION FAIBLE.
CONCLUSION GÉNÉRALE

I. L'interaction faible avant 1956

1. Désintégration b des noyaux

    Masse du v, formes de spectres,
    transitions " super-permises et interaction Fermi + Gamow - Teller "

2. Désintégration du m

   Universalité de l'interaction faible

   Conservation de E, M... ou oscillations neutrino ? . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Hypothèse du Boson intermédiaire et constante de couplage . . . . . . . . .

Appendice : renormalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

II. Asymétrie de l'interaction faible.
Désintégration des hadrons étranges

1. Le " q - t puzzle " et la violation de la P invariance

L'interaction V - A et le neutrino à deux composantes

La quasi-conservation de PC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Les désintégrations des hadrons étranges, et composés de quarks lourds

3. Les courants neutres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

III. La théorie unifiée électrofaible

1. Brisure spontanée de symétrie et phénomène de Higgs . . . . . . . . . . . . .

2. Champs de jauge non Abéliens de Yang et Mills . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Aperçu sur la théorie électrofaible et sur ses vérifications . . . . . . . . . .

IV. Conclusion générale

1. La chromodynamique quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Prévisions théoriques (supersymétries et supercordes)
    et perspectives expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CORRIGÉS DES PROBLÈMES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

INDEX ALPHABÉTIQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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