Brisure de symétrie et supraconductivité - 2011-2012 - huile sur toile - 50 x 61 cm - 600 €
Cette œuvre m'a été inspirée par la lecture des articles suivants : Dossier pour la Science n° 62 p 18 à 20 et shémas p 26 à 27, ainsi que par Science et Vie n° 1123 avril 2011 p 110 « la révolution de la supraconductivité ».
Cette œuvre nous entraîne dans la physique des particules et dans les recherches menées au CERN avec le collisionneur LHC qui va ouvrir de nouveaux champs de recherche. Dossier p. l. Sc p 19 : le LHC pourrait nous aider à préciser les différents types de particules élémentaires, et notamment pourquoi elles sont groupées en familles, il pourra peut-être éclairer quelque peu la nature de l'espace-temps. Ces grandes questions sont toutes liées entre elles et aux raisons pour lesquelles l'existence du Boson de Higgs a été prédite. Notre conception de la matière d'après le modèle standard met en jeu deux types fondamentaux de particules élémentaires : les leptons et les quarks et trois des quatre interactions fondamentales connues : les interactions nucléaires faible et forte et l'interaction électromagnétique. P. 20 : le principe directeur de la construction du modèle standard est la symétrisation des ses équations : les équations ne changent pas de forme quelle que soit la jauge, c'est-à-dire la perspective géométrique sous laquelle on les envisage. Il s'agit de rotations dans l'espace des paramètres internes aux particules. Les changements de perspective dans ces espaces portent le nom de « transformations de jauge », et l'invariance des équations quand on applique une transformation de jauge est nommée « invariance de jauge ». Imposer qu'un objet géométrique soit symétrique a de très fortes applications sur sa forme. L'invariance de jauge impose la présence de « champs de jauge » qui correspondent à des particules médiatrices des interactions. En d'autres termes l'existence des trois interactions fondamentales de la nature jouant un rôle dans le modèle standard est la conséquence directe de l' invariance de jauge. L'interaction électromagnétique est à longue portée tandis que l'interaction nucléaire faible est à courte portée. Les physiciens pensent que ces interactions sont unifiées dans une même symétrie, mais que cette symétrie est cachée, ou « brisée ».
Dans le cadre du modèle standard les interactions faible et électromagnétique sont unifiées et constituent l'interaction électrofaible. Les bosons de jauge de l'interaction électrofaible sont au nombre de quatre : le photon pour l'interaction électromagnétique et les bosons Z W+ W- pour l'interaction faible.
LA SYMETRIE :
Au centre de l'oeuvre nous observons un cas de symétrie dans les cercles rouges : je me reporte à Dossier p. l. Sc. p 20 dans l'encadré : dans le cas symétrique les flèches indiquant la nature d'un lepton ou d'un quark sont orientées dans toutes les directions de « l'espace » (l'espace des natures des leptons ou des quarks). Ce qui semblerait être un électron (demie billes bleu foncé sur l'oeuvre) pour un observateur, pourrait être un mélange d'électron (demie bille bleu foncé) et de neutrino (demie bille rose) pour un autre, sans que cela n'induise de différences dans leurs prédictions. De même pour les quarks up (demie billes jaunes) et les quarks down (demie billes vertes). Si la symétrie était respectée, les particules de la force électrofaible auraient une masse nulle.
LA BRISURE DE SYMETRIE :
Mais la Brisure de Symétrie confère une masse aux bosons W et Z limitant ainsi leur portée.
Sur l'oeuvre en allant vers l'extérieur dans les deux cercles orange les bosons W sont représentés : en gris clair pour le W+ en gris moyen pour le W- et en gris foncé pour le Z. Au delà des cercles orange les particules apparaissent dans les cercles jaunes : la symétrie est brisée, la même convention est fixée partout, de sorte que ce qu'un observateur nomme électron est aussi un électron pour les autres observateurs. C'est le Boson de Higgs qui induit cette brisure de symétrie. Chaque particule apparaît indépendante sur l'oeuvre, le quark up est représenté en bille rouge sur fond jaune. Pour les autres particules les couleurs sont les mêmes que sur le fond rouge : électron (billes bleues) neutrino (billes rose foncé) quark down (billes vertes).
LA SUPRACONDUCTIVITE :
Dans la partie bleue au bord de l'oeuvre nous découvrons la supraconductivité à très basse température : S et V. n° 1123 avril 2011 p 114-115 : à – 270°C certains matériaux deviennent supraconducteurs. Dès 1957 la nature quantique du phénomène se dévoile : près du zéro absolu, les électrons s'assemblent brutalement en une onde cohérente. Restait un os : la physique quantique est catégorique : les électrons qui appartiennent à la famille des fermions ne peuvent pas s'unir en un seul objet nommé « condensat ». Seuls les bosons peuvent former des condensats. Mais dans le métal les électrons utilisent une astuce et s'assemblent deux à deux formant une nouvelle entité nommée « paire de Cooper ». Et les « paires de Cooper » sont des bosons.
Sur l'oeuvre les électrons symbolisés sur fond bleu en billes jaunes et oranges s'assemblent donc en « paires de cooper » représentées par une onde gris clair qui entoure les deux électrons.
Dossier pour La Science n° 62 page 21 : dans les années 1960 Yoichiro Nambu, Peter Higgs, Robert Brout, François Englert et d'autres avaient développé l'appareillage théorique nécessaire au concept de « brisure de symétrie »/ L'idée vient d'un phénomène sans rapport avec la physique des particules : la supraconductivité, c'est-à-dire la disparition totale de résistance électrique à basse température dans certains matériaux. Au sein d'un supraconducteur, tout se passe comme si les photons acquéraient une masse, ce qui limite l'intrusion du champ magnétique dans le matériau.
Or ce phénomène fournit un modèle à imiter pour créer un mécanisme conférant une masse aux particules de la théorie électrofaible, en d'autres termes pour briser sa symétrie. Si l'espace où se meuvent les particules est rempli d'une sorte de milieu « supraconducteur » affectant l'interaction faible, mais pas l'interaction électromagnétique, alors les bosons W et Z deviennent massifs, ce qui limite la portée de l'interaction faible. Cette façon de conférer de la masse aux particules permet de respecter la logique de construction de la théorie électrofaible à partir d'une symétrie.
Voilà pourquoi j'ai représenté sur cette œuvre la Brisure de Symétrie et la Supraconductivité.
Cette œuvre nous entraîne dans la physique des particules et dans les recherches menées au CERN avec le collisionneur LHC qui va ouvrir de nouveaux champs de recherche. Dossier p. l. Sc p 19 : le LHC pourrait nous aider à préciser les différents types de particules élémentaires, et notamment pourquoi elles sont groupées en familles, il pourra peut-être éclairer quelque peu la nature de l'espace-temps. Ces grandes questions sont toutes liées entre elles et aux raisons pour lesquelles l'existence du Boson de Higgs a été prédite. Notre conception de la matière d'après le modèle standard met en jeu deux types fondamentaux de particules élémentaires : les leptons et les quarks et trois des quatre interactions fondamentales connues : les interactions nucléaires faible et forte et l'interaction électromagnétique. P. 20 : le principe directeur de la construction du modèle standard est la symétrisation des ses équations : les équations ne changent pas de forme quelle que soit la jauge, c'est-à-dire la perspective géométrique sous laquelle on les envisage. Il s'agit de rotations dans l'espace des paramètres internes aux particules. Les changements de perspective dans ces espaces portent le nom de « transformations de jauge », et l'invariance des équations quand on applique une transformation de jauge est nommée « invariance de jauge ». Imposer qu'un objet géométrique soit symétrique a de très fortes applications sur sa forme. L'invariance de jauge impose la présence de « champs de jauge » qui correspondent à des particules médiatrices des interactions. En d'autres termes l'existence des trois interactions fondamentales de la nature jouant un rôle dans le modèle standard est la conséquence directe de l' invariance de jauge. L'interaction électromagnétique est à longue portée tandis que l'interaction nucléaire faible est à courte portée. Les physiciens pensent que ces interactions sont unifiées dans une même symétrie, mais que cette symétrie est cachée, ou « brisée ».
Dans le cadre du modèle standard les interactions faible et électromagnétique sont unifiées et constituent l'interaction électrofaible. Les bosons de jauge de l'interaction électrofaible sont au nombre de quatre : le photon pour l'interaction électromagnétique et les bosons Z W+ W- pour l'interaction faible.
LA SYMETRIE :
Au centre de l'oeuvre nous observons un cas de symétrie dans les cercles rouges : je me reporte à Dossier p. l. Sc. p 20 dans l'encadré : dans le cas symétrique les flèches indiquant la nature d'un lepton ou d'un quark sont orientées dans toutes les directions de « l'espace » (l'espace des natures des leptons ou des quarks). Ce qui semblerait être un électron (demie billes bleu foncé sur l'oeuvre) pour un observateur, pourrait être un mélange d'électron (demie bille bleu foncé) et de neutrino (demie bille rose) pour un autre, sans que cela n'induise de différences dans leurs prédictions. De même pour les quarks up (demie billes jaunes) et les quarks down (demie billes vertes). Si la symétrie était respectée, les particules de la force électrofaible auraient une masse nulle.
LA BRISURE DE SYMETRIE :
Mais la Brisure de Symétrie confère une masse aux bosons W et Z limitant ainsi leur portée.
Sur l'oeuvre en allant vers l'extérieur dans les deux cercles orange les bosons W sont représentés : en gris clair pour le W+ en gris moyen pour le W- et en gris foncé pour le Z. Au delà des cercles orange les particules apparaissent dans les cercles jaunes : la symétrie est brisée, la même convention est fixée partout, de sorte que ce qu'un observateur nomme électron est aussi un électron pour les autres observateurs. C'est le Boson de Higgs qui induit cette brisure de symétrie. Chaque particule apparaît indépendante sur l'oeuvre, le quark up est représenté en bille rouge sur fond jaune. Pour les autres particules les couleurs sont les mêmes que sur le fond rouge : électron (billes bleues) neutrino (billes rose foncé) quark down (billes vertes).
LA SUPRACONDUCTIVITE :
Dans la partie bleue au bord de l'oeuvre nous découvrons la supraconductivité à très basse température : S et V. n° 1123 avril 2011 p 114-115 : à – 270°C certains matériaux deviennent supraconducteurs. Dès 1957 la nature quantique du phénomène se dévoile : près du zéro absolu, les électrons s'assemblent brutalement en une onde cohérente. Restait un os : la physique quantique est catégorique : les électrons qui appartiennent à la famille des fermions ne peuvent pas s'unir en un seul objet nommé « condensat ». Seuls les bosons peuvent former des condensats. Mais dans le métal les électrons utilisent une astuce et s'assemblent deux à deux formant une nouvelle entité nommée « paire de Cooper ». Et les « paires de Cooper » sont des bosons.
Sur l'oeuvre les électrons symbolisés sur fond bleu en billes jaunes et oranges s'assemblent donc en « paires de cooper » représentées par une onde gris clair qui entoure les deux électrons.
Dossier pour La Science n° 62 page 21 : dans les années 1960 Yoichiro Nambu, Peter Higgs, Robert Brout, François Englert et d'autres avaient développé l'appareillage théorique nécessaire au concept de « brisure de symétrie »/ L'idée vient d'un phénomène sans rapport avec la physique des particules : la supraconductivité, c'est-à-dire la disparition totale de résistance électrique à basse température dans certains matériaux. Au sein d'un supraconducteur, tout se passe comme si les photons acquéraient une masse, ce qui limite l'intrusion du champ magnétique dans le matériau.
Or ce phénomène fournit un modèle à imiter pour créer un mécanisme conférant une masse aux particules de la théorie électrofaible, en d'autres termes pour briser sa symétrie. Si l'espace où se meuvent les particules est rempli d'une sorte de milieu « supraconducteur » affectant l'interaction faible, mais pas l'interaction électromagnétique, alors les bosons W et Z deviennent massifs, ce qui limite la portée de l'interaction faible. Cette façon de conférer de la masse aux particules permet de respecter la logique de construction de la théorie électrofaible à partir d'une symétrie.
Voilà pourquoi j'ai représenté sur cette œuvre la Brisure de Symétrie et la Supraconductivité.