Neutrinos, photons, masse et interactions.

question posée le 07-03-2014 par Tony

L\'oscillation du muon, une possible porte pour l\'Univers supersymétrique
L'oscillation du muon, une possible porte pour l'Univers supersymétrique

Credit: R. Bowman, g-2 Collaboration, BNL, DOE

Bonsoir,

Je n'ai absolument pas compris, même conceptuellement, comment se fait-il qu'un photon qui n'a pas de masse interagisse avec la matière alors qu'un neutrino qui, sauf erreur de ma part, à une masse n'intéragit presque pas avec elle. J'avoue que ce petit problème défie mon intuition. Si la réponse n'est pas trop technique ou complexe, je serais ravis d'avoir un premier élément de réponse. Merci!

réponse du 10-03-2014 par Fabrice Mottez

La masse d'une particule a deux effets. Le plus sensible est celui lié à l'inertie : plus une particule est massive, plus il faut de la force pour l'accélérer ou la ralentir. Ce n'est pas un effet moteur (cause de mise en mouvement), mais plutôt un effet de résistance. L'inertie intervient dans tous les mouvements.

Une particule sans masse n'a pas d'inertie. C'est le cas des photons, et presque celui des neutrinos. De ce fait, les particules sans masse ou très légères réagissent à n'importe quelle force en prenant la vitesse maximale possible, c'est à dire "c", la vitesse de la lumière.

L'autre effet de la masse est la force gravitationnelle qui fait que des corps pesants s'attirent. C'est ce qui nous maintient à la surface de la Terre,et maintient les planètes près du Soleil etc. La force gravitationnelle n'agit efficacement qu'entre des objets très massifs. L'effet gravitationnel de la masse a une influence totalement négligeable sur le mouvement des particules élémentaires, notamment lors de collisions.

Ce qui agit entre particules élémentaires, c'est l'effet des trois autres types de force connues : la force électromagnétique (celle des machines électriques, des aimants, celle qui lie les électrons de l'atome à son noyau), l'interaction faible et l'interaction forte. Ces deux dernières agissent quand les particules sont très proches (proches comme dans le noyau d'un atome). Sinon c'est la force électromagnétique qui domine.

Et il se trouve que le photon est la particule qui transporte l'interaction électromagnétique. Par exemple, un électron se baladent et se faisant il crée des forces électromagnétiques en émettant des photons. Un autre électron passe à coté et reçoit des photons émis par le premier, qui "l'informent" de la force exercée par l'autre photons. Et c'est cela qui va modifier la nature du mouvement des électrons.

Quand aux photons allant de l'un à l'autre électron, il subissent deux choses : création par le premier électron, et destruction par le second.

Les neutrinos ne sont pas sensibles à la force électromagnétique : les photons ne leur font rien. Ils sont sensibles à l'interaction faible, qui comme son nom l'indique, est beaucoup moins efficace. Donc ils interagissent moins avec d'autres particules que celles qui sont sensibles à la force électromagnétique.

En résumé, la masse n'est pour rien dans la cause de l'interaction.

C'est la sensibilité au type de force qui compte : force électromagnétique (très efficace), interaction forte, interaction faible. Certes, il y a aussi l'interaction gravitationnelle, mais entre particules élémentaires, elle est tellement plus faible que les trois autres qu'elle ne compte pas.

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