Particules et interactions

Le modèle standard décrit les trois interactions fondamentales : la force électromagnétique et les forces nucléaires forte et faible (la gravitation n'est pas prise en compte) dans le cadre de la théorie quantique des champs dans lequel les particules sont modélisées par des champs. Cette théorie est basée sur le principe d'invariance de jauge avec le groupe $SU(3)_c \otimes SU(2)_L \otimes U(1)_Y$ qui décrit trois des interactions fondamentales (forte, faible et électromagnétique) et prévoit l'unification des constantes de couplage de ces trois interactions à haute énergie ( $10^{14}-10^{15}$ GeV). De plus, dans le modèle standard trois types de particules (champs) apparaissent :

• les fermions :
  Ce sont des particules de spin 1/2 qui constituent la matière (tableau );
• les bosons de jauge :
  Ce sont des particules de spin 1 et l'échange de boson de jauge permet de transmettre les forces (tableau );
• le boson de Higgs :
  La particule de spin nul qui réalise l'unification électrofaible et la génération des masses.

Table: Les douze fermions constituant la matière [PDG02].

QUARKS			LEPTONS
nom	charge	masse $\times c^2$	nom		charge	masse $\times c^2$
u	+ $\frac{2}{3}$	1,5 - 4,5 MeV	électron	$e^-$	-1	0,511 MeV
d	- $\frac{1}{3}$	5 - 8,5 MeV	neutrino d'électron	$\nu_e$	0	$\leq$ 3 eV
c	+ $\frac{2}{3}$	1 - 1,4 GeV	muon	$\mu^-$	-1	105,658 MeV
s	- $\frac{1}{3}$	80 - 155 MeV	neutrino de muon	$\nu_\mu$	0	$\leq$ 0,19 MeV
t	+ $\frac{2}{3}$	174,3$\pm$5,1 GeV	tau	$\tau$	-1	1776,99 $^{+0,25}_{-0,26}$ MeV
b	- $\frac{1}{3}$	4 - 4,5 GeV	neutrino de tau	$\nu_\tau$	0	$\leq$ 18,2 MeV

Table: Les quatre forces fondamentales [PDG02].

forces	bosons	particules	masses	intensité	portée
	médiateurs	sensibles	($GeV/c^2$)	relative	(cm)
nucléaire forte	gluons (g)	quarks, gluons	0	1	$\leq 10^{-14}$
nucléaire faible	$W^{\pm}$	quarks, leptons	80,423$\pm$0.039	$\simeq 10^{-6}$	$\leq 10^{-14}$
	$Z^0$		91,1876$\pm$0.0021
électromagnétique	photon ($\gamma$)	particules chargées	0	$\simeq 10^{-2}$	$\infty$
gravitation	graviton (G)	particules massives	0	$\simeq 10^{-39}$	$\infty$