PHYS-400: Selected topics in nuclear and particle physics

Résumé

This course presents the physical principles and the recent research developments on three topics of particle and nuclear physics: the physics of neutrinos, dark matter, and plasmas of quarks and gluons. An emphasis is given on experimental aspects in these three research fields.

Source officielle

https://edu.epfl.ch/coursebook/fr/selected-topics-in-nuclear-and-particle-physics-PHYS-400

Page Moodle

http://go.epfl.ch/PHYS-400

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In theoretical physics, a mass generation mechanism is a theory that describes the origin of mass from the most fundamental laws of physics. Physicists have proposed a number of models that advocate different views of the origin of mass. The problem is complicated because the primary role of mass is to mediate gravitational interaction between bodies, and no theory of gravitational interaction reconciles with the currently popular Standard Model of particle physics.

La matrice PMNS, ou Matrice Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata (parfois sans le P de Pontecorvo) désigne les travaux de , et Shōichi Sakata qui expliquent l'oscillation de neutrinos prédite par Bruno Pontecorvo en 1957. C’est une matrice unitaire (hormis dans le mécanisme de see-saw) servant de matrice de passage entre deux bases orthonormées de l'espace des états des neutrinos : d'une part la base des états propres (eigenstate) de saveur et d'autre part celle des états propres d'énergie ou de masse (eigenmass) des neutrinos.

Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. Les neutrinos sont des fermions de , plus précisément des leptons. Ils sont électriquement neutres. Il en existe trois « saveurs » : électronique, muonique et tauique. L’existence du neutrino a été postulée pour la première fois en 1930 par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l’apparente non-conservation du moment cinétique, et sa première confirmation expérimentale remonte à 1956.

vignette|Phénomène périodique L'oscillation du neutrino est un phénomène de la mécanique quantique dans lequel un neutrino créé avec une certaine saveur leptonique (neutrino électronique, muonique ou tauique) peut être mesuré plus tard ayant une saveur différente. La probabilité d'avoir une valeur donnée de cette propriété varie de façon périodique alors que la particule se propage. L'oscillation du neutrino est d'intérêt tant théorique qu'expérimental, puisque l'observation de ce phénomène implique la non-nullité de la masse de la particule, .

Le plasma de quarks et de gluons, ou QGP (pour Quark-Gluon Plasma) est un état de la matière qui existe à des températures et/ou des densités extrêmement élevées. Cet état consiste en une « soupe » de quarks et de gluons (presque) libres. Elle diffère en cela des autres états de la matière, comme les solides, les liquides ou les gaz, dans lesquels les quarks et les gluons sont confinés dans les hadrons. Le était sans doute présent dans l'univers durant les microsecondes après le Big Bang.