Fundamental interactions and elementary particles

lphys2131  2022-2023  Louvain-la-Neuve

Fundamental interactions and elementary particles
10.00 crédits
52.5 h + 7.5 h
Q1
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 (GN), la mécanique relativiste (c), la mécanique quantique (h) et, idéalement, la gravitation relativiste (GN+ 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
  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
  1. 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.
 
Contenu
1. Introductions théorique et expérimentale aux interactions fondamentales. Les sujets couverts sont
- les unités naturelles
- l'electromagnetisme de Maxwell au lagrangien invariant de jauge
- les champs scalaire et l'équation de Klein-Gordon
- les champs fermionic et l'equation de Dirac
- les interactions electrofaibles (désintegration beta, théorie de Fermi, les courants neutres)
- la violation de parité
- la brisure de symmetrie des l'interactions electrofaibles
-  les masses et mélanges des fermions
- les mésons et baryons
- les partons
- l'interaction forte et la couleur
2. 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 de deux questions de son choix (une sur les aspects théoriques et une autre sur les aspects plus expérimentaux) 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.
Autres infos
En fonction des conditions sanitaires, les modalités de l’enseignement ET de l’examen pourraient être réévaluées suivant la situation et les règles en vigueur.
Bibliographie
Modern Particle Physics, M. Thomson
High Energy Physics, 4th Edition, D.H. Perkins.
Faculté ou entité
en charge


Programmes / formations proposant cette unité d'enseignement (UE)

Intitulé du programme
Sigle
Crédits
Prérequis
Acquis
d'apprentissage
Master [60] en sciences physiques

Master [120] en sciences physiques