Fundamental interactions and elementary particles

Enseignants

Delaere Christophe; Gérard Jean-Marc; Lemaitre Vincent;

Langue
d'enseignement

Anglais

Préalables

Pas de prérequis pour les étudiant.e.s ayant obtenu un diplôme de Bachelier en sciences physiques et qui possèdent donc déjà une connaissance élémentaire de la gravitation classique (G_N), la mécanique relativiste (c), la mécanique quantique (h) et, idéalement, la gravitation relativiste (G_N+ c).

Thèmes abordés

Introduction au concept d'unification sur base de l'invariance de jauge et description des règles parfois surprenantes qui régissent notre univers tant au niveau microscopique ('10^-20m) qu'au niveau macroscopique ('10⁺²⁶m), à travers les interactions de son contenu en matière et énergie, à savoir : la matière ordinaire, l'antimatière, la matière extraordinaire, la matière sombre et l'énergie sombre.
Introduction aux grandes expériences qui ont mené non seulement à la construction du Modèle Standard mais aussi à sa validation et discussion des difficultés rencontrées lors de leurs réalisations.

Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :
1	Contribution de l'unité d'enseignement aux acquis d'apprentissage du programme (PHYS2M et PHYS2M1) AA1: A1.1, A1.4 AA3: A3.1 AA5: A5.3 AA7: A7.2 Acquis d'apprentissage spécifiques à l'unité d'enseignement Au terme de cette unité d'enseignement, l'étudiant.e sera capable de : 1.   formuler les concepts théoriques associés aux interactions fondamentales (incluant la gravitation) en mettant en évidence un principe unificateur, l'invariance de jauge et un mécanisme séparateur, la brisure de symétries ;   2.   présenter les grandes expériences à la base du Modèle Standard décrivant les interactions fondamentales (forte, faible et électromagnétique) entre les particules élémentaires (quarks, leptons et bosons de jauges, boson de Higgs) ;   3.   intégrer les techniques expérimentales et d'analyse des données utilisées dans les expériences modernes en physique des particules.

La contribution de cette UE au développement et à la maîtrise des compétences et acquis du (des) programme(s) est accessible à la fin de cette fiche, dans la partie « Programmes/formations proposant cette unité d’enseignement (UE) ».

Contenu

1. Introduction théorique et expérimentale aux interactions fondamentales
   
   a) de longue portée (électromagnétisme et gravitation) : des potentiels classiques aux champs relativistes ;
   
   b) de courte portée (subnucléaires) : du confinement (gluons) à la brisure spontanée (bosons W, Z et h) ;
   
   et aux propriétés les distinguant dans des processus faisant intervenir les constituants de la matière (quarks et leptons) :
    

• conservation des nombres baryonique et leptonique ;

• règle de Zweig dans les transitions hadroniques ;
• conservation de la saveur dans les courants neutres ;
• violation de la saveur dans les courants chargés ;
• violation de l’invariance sous inversion spatiale et temporelle.
   

1. Description de ces processus en termes d’observables telles que sections efficaces et temps de vie au moyen de diagrammes de Feynman simples.

Méthodes d'enseignement

• Exposés magistraux (présentation au tableau et projection de transparents).
• Projet intégrateur.
• Séances de travaux pratiques sur l’analyse d’événements du LHC.

Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

• Examen oral sur l’ensemble de l’unité d’enseignement lors de la session d’examen.
• Préparation d’une question de son choix à présenter oralement (soit lors de l’examen où lors de séances de présentation qui seront éventuellement prévues en fin de quadrimestre).
• Un rapport de “laboratoire” (sur l’observation des bosons W et Z au LHC) et/ou un rapport de projet plus théorique, à défendre oralement.

Bibliographie

High Energy Physics, 4th Edition, D.H. Perkins.

Faculté ou entité
en charge

PHYS