particules élémentaires (suite)

Cette suppression des divergences s’obtient au prix de l’introduction, qui reste à vérifier expérimentalement :
— soit de courants neutres faibles, par exemple avec le boson neutre Z, suivant le diagramme de la figure 8 ; on pourrait, notamment, les mettre en évidence par leur échange dans la voie t dans les processus

on doit aussi rechercher les courants hadroniques neutres dans

— soit de leptons lourds, tel E⁺ suivant le diagramme de la figure 9 ou par exemple ν_μ + p → M⁺ + ...

La section efficace de production de M⁺ par rapport à celle du muon est fonction de où M est la masse de M⁺. La décroissance de M⁺ est attendue suivant

Pour M = 1 GeV, on attend une vie moyenne de 10^–11 s. D’après les mesures effectuées aux anneaux de collision de Frascati (Adone), on a
M > 900 MeV.

• L’énigme du muon. Si l’on peut espérer observer peut-être bientôt les courants neutres ou les leptons lourds, ou encore mettre en évidence le boson intermédiaire auquel un calcul de T. D. Lee pour le boson chargé de spin 1 attribue une masse de 37 GeV, il reste une énigme beaucoup plus fondamentale dont rien n’indique par quelle voie la résoudre : c’est celle qui est posée par l’universalité du muon et de l’électron.

Le muon et l’électron ont le même spin, la même charge électrique. On vérifie que la valeur de la constante de couplage faible est la même pour ces deux leptons, car on trouve la même valeur de la constante de couplage pour la radioactivité du neutron pour la capture des μ à l’arrêt dans la matière
μ^– + p → n + ν_μ,
et pour la désintégration des muons dans le vide, On constate que la liaison muon-électron dans le muonium est purement électromagnétique, comme en témoigne la mesure de la structure hyperfine du niveau fondamental du muonium (états J = 0 et J = 1) donnant Δf = 4 463,16 ± 0,06 pour une valeur calculée de Δf = 4 463,16 ± 0,10 MHz.

Les masses sont différentes. La masse propre du muon est de 206,7683 fois celle de l’électron, soit 105,66 MeV. Les nombres leptoniques qui leur correspondent sont différents. On s’interroge sur la liaison existant entre eux : le muon et l’électron sont-ils des aspects d’une même particule présentant une structure en deux niveaux de masse sous l’action de forces inconnues ? Existe-t-il au contraire toute une famille de leptons chargés dont l’électron et le muon seraient les deux premiers termes ? Pour éclaircir la situation, un grand effort est accompli afin de déterminer avec précision les propriétés du muon et les comparer avec celles de l’électron.

C’est ainsi que des mesures extrêmement précises ont été effectuées sur le moment magnétique du muon ; son rapport à celui du proton est trouvé égal à
μ_μ/μ_p = 3,183 346 7 ± 0,000 008 2.
Une nouvelle mesure de la fréquence ω_g–2 à l’anomalie du moment magnétique du muon, est en cours au Cern ; elle doit permettre de reculer la précision actuelle sur a, qui est de 2,7.10^–4, et de vérifier encore mieux l’égalité du moment magnétique anomal du muon à celui qui est déduit du moment de l’électron, compte tenu de la masse et de corrections extrêmement raffinées, inférieures à 10^–7, attribuées aux contributions hadroniques.

De même, on a comparé les sections efficaces de diffusion inélastique, des muons et des électrons de grande énergie sur le proton. Aucun écart n’a pu être mis en évidence entre les résultats concernant le muon et ceux qui concernent l’électron pour ces collisions inélastiques, où un nombre arbitraire de particules finales peut être émis.

Le muon reste la plus mystérieuse des particules élémentaires.

F. N.

Quelques théoriciens des particules élémentaires

Owen Chamberlain,

physicien américain (San Francisco 1920). En 1955, il a réalisé avec Segré la production de l’antiproton. Tous deux ont obtenu le prix Nobel de physique en 1959.

Richard P. Feynman,

physicien américain (New York 1918). Théoricien des particules élémentaires, il a, en collaboration avec Julian Seymour Schwinger, physicien américain (New York 1918), édifié une théorie des interactions entre le champ électromagnétique et le photon. Tous deux ont partagé avec Tomonaga le prix Nobel de physique en 1965.

Murray Gell-Mann,

physicien américain (New York 1929). Il est connu pour ses découvertes concernant la classification des particules élémentaires et leurs actions réciproques. Il a défini l’étrangeté et émis l’hypothèse du quark. Prix Nobel de physique en 1969.

Tsung-Dao Lee,

physicien chinois (Shangai [Chang-hai] 1926). En collaboration avec Chen Ning Yang, physicien chinois (Hefei [Ho-fei] 1922), il a découvert que les noyaux atomiques, en se désintégrant, émettent certaines particules dans des directions privilégiées, infirmant ainsi le principe de parité. Tous deux ont reçu le prix Nobel de physique en 1957.

Emilio Segré,

physicien américain d’origine italienne (Tivoli 1905). Après avoir découvert le technétium et l’astate, éléments artificiels, il réalisa avec Chamberlain la production de l’antiproton. Prix Nobel de physique en 1959.

Shinichirō Tomonaga,

physicien japonais (Kyōto 1906). Il a proposé en 1945 une formulation relativiste de la théorie des champs, qu’ont utilisée Feynman et Schwinger. Il a partagé avec ceux-ci le prix Nobel de physique en 1965.

Hideki Yukawa,

physicien japonais (Tōkyō 1907). Pour expliquer les forces de cohésion du noyau de l’atome, il a émis en 1935 l’hypothèse du méson. Prix Nobel de physique en 1949.

➙ Accélérateur de particules / Anneaux d’accumulation ou anneaux de stockage / Atome / Invariance / Noyau / Nucléaire (énergie) / Spin.

 K. W. Ford, The World of Elementary Particles (New York, 1963). / G. Källen, Elementary Particle Physics (Reading, Mass., 1964). / B. Diu, Qu’est-ce qu’une particule élémentaire ? (Masson, 1965). / H. Muirhead, The Physics of Elementary Particles (Oxford, 1965). / J. Kahan, les Particules élémentaires (P. U. F., coll. « Que sais-je ? », 1969). / R. Omnès, Introduction à l’étude des particules élémentaires (Édiscience, 1970).