Interaction faible

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L'interaction faible ou la force faible est l'une des quatre interactions fondamentales de la nature, les trois autres étant les interactions électromagnétique, forte, et gravitationnelle. L'interaction faible est responsable de la radioactivité β. Elle est portée par les bosons W (W⁺ et W^-) et Z (Z⁰).

L'interaction faible met en jeu :

• les neutrinos
• les leptons chargés
• les quarks

Domaine d'action

L'interaction faible permet à tous les leptons et les quarks d'échanger de l'énergie, de la masse et de la charge, leur permettant de changer de famille et de saveur.

Avec un champ 10⁹ fois plus faible que celui de l'interaction forte (10^-18m), son influence est limitée au noyau atomique. Cette courte portée est expliquée par la grande masse des particules vecteurs de l'interaction faible (environ 90 GeV.c^-2).

L'interaction faible est la seule interaction fondamentale qui viole la symétrie P, la symétrie C ainsi que la symétrie CP

La force électromagnétique et l'interaction faible peuvent être décrites comme deux aspects d'une seule interaction électrofaible.

Intensité

Comme son nom l'indique, cette force fondamentale est la plus faible des interactions non gravitationnelles. Elle est 1 000 fois moindre que la force électromagnétique et 100 000 fois moindre que la force nucléaire forte. Cette toute petite puissance, par rapport aux autres interactions s'explique entre autres par le fait que son champ d'action est très limité.

Cependant, son intensité croît rapidement avec l'énergie des particules en présence, ce qui fait qu'elle rattrape l'interaction électromagnétique vers quelques dizaines de GeV. C'est à ce niveau qu'elle se mélange avec elle dans une théorie unifiée.

Aux énergies habituellement considérées en physique nucléaire, on utilise une interaction effective simplifiée (force de Fermi).

Seule la force gravitationnelle est encore plus faible. Mais elle croît encore plus vite avec l'énergie que l'interaction faible, ce qui laisse ouverte la possibilité d'une unification de toutes les interactions élémentaires.

Courant chargé

En fait, l'interaction de Fermi a été mise en évidence la première. Elle est considérée maintenant comme une interaction effective à basse énergie représentant l'échange du W^±, qui, étant chargé, se couple à un courant lui-même chargé : la partie la plus couramment utilisée de ce courant est constituée d'une partie qui annihile un neutrino-électron et crée un électron, ou l'inverse, ou encore crée/annihile une paire neutrino-positron, ou les mêmes processus avec les antiparticules. Elle joue le même rôle avec la paire neutron-proton. C'est cette interaction qui est à la base de la désintégration β du neutron, que l'on peut schématiser par la réaction :

$\scriptstyle \mathrm{n}~ \to~ \mathrm{p}\, +\, \mathrm{W}^-~ \to ~\mathrm{p} \,+ \,\mathrm{e}^- \,+ \,\mathrm{\nu}_e$

Comme le W est très lourd, la durée de la réaction pendant laquelle le W est virtuel est très brève, et l'interaction se produit pratiquement sur place, se résumant à l'interaction ponctuelle de Fermi :

$\scriptstyle \mathrm{n}~ \to~ \mathrm{p} \,+ \,\mathrm{e}^- \,+ \,\mathrm{\nu}_e$

Comme les particules présentes avant la réaction et celles présentes après sont différentes, il a été très facile de mettre en évidence les désintégrations β, et ainsi indirectement les courants chargés.

Courant neutre

Le Z⁰ donne lieu au même genre de réactions que les W, mais il se fait durement concurrencer par des interactions électromagnétique et forte. On n'a donc réussi à mettre en évidence le courant neutre qui se couple au Z qu'en mettant en évidence des réactions où le neutrino présent au début se retrouve à la fin. Ceci exigeait évidemment de faire une expérience avec un faisceau de neutrinos suffisamment intense, et à une énergie suffisante pour avoir une probabilité d'observer des événements. Ce tour de force ne fut réalisé, après la formulation de la théorie, qu'en 1973 (voir découverte des courants neutres).

Voir aussi

• Loi de la gravitation
• Force électromagnétique
• Interaction forte