Interaction électrofaible

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En physique des particules, l'interaction électrofaible, aussi appelée force électrofaible, est la description unifiée de deux des quatre interactions fondamentales de la nature, à savoir l'électromagnétisme (appelée électrodynamique quantique dans sa version quantique) et de l'interaction faible. Ces deux forces paraissent pourtant très différentes à notre échelle d'énergie: la force électromagnétique est dite de portée infinie car on peut l'observer aisément à l'échelle macroscopique tandis que la force faible a une influence uniquement à l'échelle microscopique au niveau du noyau atomique. La théorie électrofaible prédit cependant que si on observe des phénomènes à des énergies de l'ordre de l' échelle électrofaible à savoir $M_{ew}\simeq 10^2$ GeV alors les deux interactions se mélangent résultant en l'interaction électrofaible.

Plus en détails la théorie électrofaible est une théorie quantique des champs basée sur un groupe de jauge $SU(2)_{ew}\times U(1)_Y\,$ . $SU(2)_{ew}\,$ est le groupe de jauge correspondant à l'interaction faible dont les bosons de jauge sont les bosons W et le boson Z tandis que le groupe de jauge $U(1)_{em}\,$ de l'électrodynamique, dont le boson de jauge est le photon, est une combinaison de $U(1)_Y\,$ avec un groupe $U(1)\subset SU(2)_{ew}\,$ appelé groupe d'isospin.

Lorsque l'échelle d'énergie des observations est plus faible que l'échelle électrofaible une disymétrie apparaît entre électromagnétisme et interaction faible via une brisure spontanée de la symétrie électrofaible générée par le mécanisme de Higgs. Au cours de ce processus un champ scalaire appelé boson de Higgs qui est chargé sous le groupe de jauge acquiert une valeur moyenne non nulle dans le vide (de la même manière qu'un corps ferromagnétique acquiert spontanément une aimantation non nulle lorsque la température est suffisamment faible). A cause de ce gel du boson de Higgs la plupart des bosons de jauge de la théorie deviennent massifs (ce qui est la raison pour laquelle l'interaction faible est à courte portée) et le photon reste le seul boson de jauge avec une masse nulle. Ainsi, à basse énergie, seul l'électromagnétisme est facilement détectable.

Pour leurs contributions à l'unification des interactions faibles et électromagnétiques entre les particules élémentaires, Sheldon Glashow, Abdus Salam et Steven Weinberg obtinrent le Prix Nobel de Physique en 1979.