La massa dau monde

/archives/2009/10/10/15374966.html

La massa es un concèpte qu'es soventi fes pas tan naturau que si pensa. Bensai vos remembratz vòstre prof de fisica dau collègi que vos esgassava embé sei "cau pas mesclar pes e massa". Mai finda per lei scientifics es pas totjorn una nocion qu'es ben clara, aquò ai pougut lo remarcar dins una discussion ais Houches. Aqui vau provar d'explicar un pauc aqueu concèpt fins a l'explicacion de la creacion de la massa dins l'univers.

La massa en generau

Lo concèpte de massa es utilisat dins un molon de contèxtes, embé de formalismes matematics diferents que pòdon escondre l'unitat vertadièra d'aqueu concèpte. Mai en fach es totjorn la mema cauva : la massa d'un objècte corresponde a la dificultat qu'a de si mòure. Lo mai leugier siás, lo mens esforç cau per ti mòure.

Per aquelei qu'an de remembrança dei cors de fisica de segonda, en mecanica es la formula ma=F : lo produch de la massa per l'acceleracion es egala au totau dei fòrça exerçadas.

Se volèm una definicion mai exacta de ço qu'es una massa cau faire referença a la relativitat restrencha d'Einstein. Una massa carrada es lo carrat invariant d'un vector energia-impulsion... aquela definicion es bela per lo fisician, ja qu'es determinada per de consideracions de simetrias fisicas, e non de matematicas, mai devi avoar qu'es pas fòrça clara per lo comun dei mortaus. En fach vòu dire que la massa es l'energia que si pòu mesurar se vos plaçatz dins lo referenciau de l'objècte, es lo "E=mc²" d'Einstein. Ma vòu sobretot dire que tre qu'as mesurat la massa, es una caracteristica dau sistèma que va pas cambiar se si desplaça o cambia sa vitessa. Es a dire que la conoissança de la massa balha una relacion entre l'energia e l'impulsion (l'impulsion es mai o mens la vitessa), es a dire entre l'esforç fach e lo desplaçament qu'a produch, e ara son tornats tombats sus nòstrei pès (finda se avètz bensai ren capich d'aqueu paragraf, mai es pas fòrça grèu, era per lei iniciats :) ).

La massa d'una particula

Per una particula (electron, proton, nutron, etc.) la mesura de la massa es un pauc complicada. Avèm ges de balança : finda se erem capables d'isolar una soleta particula, son pes es tròp pichon per estre mesurat, e vau melhor utilisar d'autres enteraccions, particularament l'enteraccion electro-manhetica. Pi de tot biais, siam pas capables d'isolar una soleta particula (ni en practica ni meme en teoria, lo veirem a la partida que ven) !

Alora en practica la metòda de basa per determiner una massa es de traçar un istograma coma aqueu a man seneca. Un tal istograma compta lo nombre de particulas detectadas dins cada tranca d'energia (remembratz : energia e massa son parièr, cf Einstein). Cercam un pic dins lo signau ; generalament la posicion en abscissa d'aquesto pic corresponde a la massa d'una particula. Autrament dich : la magèr part dei particulas creadas dins un accelerator de particulas an una energia vesina de la massa d'un dei particulas qu'entervenon dins la collision.

La renormalisacion

Mai en fach aquò nos balha una massa efectiva, pas la massa d'una soleta particula isolada e ben definida. Lo problema major aqui es pas de saupre qu'es que la massa, mai qu'es qu'una particula isolada. En efèt cada particula es totjorn cenchada d'un nivòu de parelhs particula-antiparticula (per exemple electron-positron), que son de lònga creats e anihilats per la particula estudiada. E si pòu pas desseparar lo nivòu e la particula centrala, en fach lo nivòu fa partida de la particula fisica. Lo problèma es que lo concèpte de particula poncutala qu'utilisam dins nòstrei teorias es pas adaptat a la realitat fisica monte lei particulas son un camp que s'espandisse liurament dins l'espaci tot. Lei matematicians (totjorn escagassant aquestei ^^) dirián qu'es perque sabèm pas utilisar lei distribucions correctament. Per resòlver aqueu problèma avèm l'estèc : un operacion que la dison renormalisacion ; mai es una cauva pron complicada.

Fin finala lo concèpte de la renormalisacion es que la massa (efectiva) depende de l'escala en la quala regarjem. Se regarjem una particula de luenh sembla estre una unica particula, e la massa efectiva es proche la massa vertadièra ; mai se nos acercam vesem que lo nivòu es compausat d'un molon de parelh particulas-antiparticulas, e cau apondre leis energias d'enteraccion per aver la massa efectiva. Matematicament avèm l'impression que la massa cambia, mai en fach es l'inverse, es puslèu la nocion de particula ponctuala que cambia : corresponde a "ponctuala mai o mens una precision" (un cutoff UV en tèrmes tecnics), e es aquela precision que cambia segon lo ponch de vista.

Lo boson de Higgs

Ara sabèm mai o mens qu'es que la massa, nos cau encara veire de monte ven. Lo modèl un pauc a la mòda per explicar la massa dei particulas es lo boson de Higgs, qu'es encara pas jamai estat descubert, mai aquò es lo trabalh dau LHC. Veirem qu'es pas l'explicacion principala de la massa de l'univers, mai explica la massa dei particulas lei mai elementaras.

Lo principi es de considerar que l'univers es banhat dins un amas de particulas d'una mena nòva que lei dison bosons de Higgs. Totei les autrei particulas auràn una enteraccion embé aquesto fons de bosons de Higgs, donc una energia d'enteraccion, donc una massa (cf. E=mc² totjorn).

Per explicar perque l'univers es banhat dins un tal amas de particulas li a lo concèpte de brisadura espontanèa de simetria : se siáu au cimèu d'una montanha pòdi cabussar d'un costat o de l'autre, a la basa quora siáu amont li a una simetria entre lei dos costats, mai quora ai cabussat ai "causit" un costat e brisat la simetria. L'aplicacion au cas dau boson de Higgs es qu'embé aquesa mena de comportament podèm faire aparèisser de particulas sonque "d'un costat de la montanha", ço que fa qu'agisson dins lo meme sens, mentre que se li aviá tant de particulas d'un costat coma de l'autre, l'efèt totau de toei lei bosons de Higgs seriá nul.

La massa dei protons e nutrons

Mai per rompar un pauc l'excès d'importança que prene lo boson de Higgs dins la comunicacion scientifica d'ara, cau senhalar qu'explica pas d'eu-meme tota la massa dau monde. Es eficaç per explicar la massa dei bosons W e Z, qu'es la magèr rason per que l'enteraccion fèbla sigue dicha fèbla. Mai la magèr part de la massa dau monde (levat aquelei conariás d'energia nègra e matièra nègra) es de luenh dins lei nucleons (protons e nutrons), per mai de 99%. E lo Higgs solet explica pas l'existença de la massa dau nucleon.

Lo Higgs explica l'exsitença de la massa dei quarks, mai la massa dei quarks es sonque una partida pichoneta de la massa dau nucleon (mens d'unei percent). La magèr part ven de l'enteraccion fòrta entre aquelei quarks. Lo calcul d'aquela massa pòu estre fach sus de sobrecomputadors, per ço que dison la chromodinamica quantica sus malhum.