Une histoire de pingouin

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Quelquefois les physiciens ont des inspirations étranges, aujourd'hui je vais vous parler du diagramme pingouin. C'est une classe de diagrammes de Feynman dont la forme ressemble vaguement (mais alors vaguement...) à un pingouin. Le terme fut inventé par le théoricien anglais John Ellis, qui explique ^[ref] :

"Mary K. [Gaillard], Dimitri [Nanopoulos] et moi étions d'abord interessés à ce qu'on appelle aujourd'hui diagrammes pingouin alors que nous étions en train d'étudier la violation de symétrie CP dans le Modèle Standard en 1976... Le nom pingouin vint en 1977, comme cela :

Au printemps 1977, Mike Chanowitz, Mary K et moi écrivions un papier sur les GUTs prédisant la masse du quark b avant qu'il soit découvert. Quand il fût trouvé quelques semaines plus tard, Mary K, Dimitri, Serge Rudaz et moi comencèrent immédiatement à travailler sur sa phénoménologie. Cet été là, il y avait une étudiante au CERN, Melissa Franklin qui est maintenant expérimentaliste à Harvard. Un soir, elle, moi, et Serge sommes allés dans un pub, et elle et moi comencèrent un jeu de fléchettes. Nous avons fait un pari, que si je perdais je devrais caser le mot pingouin dans mon prochain papier. En fait elle quitta le jeu de fléchettes avant la fin, et fut remplacée par Serge, qui m'a battu. Malgré tout, je me suis senti obligé de réaliser les conditions du pari.

Pendant un moment, il n'était passi clair pour moi comment mettre le mot dans ce papier sur le quark b que j'étais en train d'écrire à ce moment là. Puis, un soir, après le travail au CERN, je me suis arrêté sur le chemin du retour chez moi pour rendre visite à un ami vivant à Meyrin où j'ai fumé quelques substances illégales. Plus tard, quand je suis retourné chez moi et que j'ai continué à travailler sur notre papier, j'ai eu un flash soudain que les fameux diagrammes ressemblaient à des pingouins. On a alors mis le nom dans notre papier, et le reste, comme on dit, est histoire."

Mais qu'est-ce qu'un diagramme de Feynman ?

C'est une methode pour représenter un calcul d'une manière très picturala et physique. Les lignes représentent physiquement une particule qui se promène dans le sens des flèches, et les points sont des interactions entre plusieurs particules. Mathématiquement il y a une correspondance exacte entre chaque diagramme et chaque formule qu'on peut trouver en physique des particules. Pour ce qui est de la place des points, dans un sens (généralement de gauche à droite) est le temps, et dans l'autre sens c'est une direction d'espace. Au final une particule qui va dans le sens inverse du temps est en fait équivalente à une antiparticule qui va dans le sens du temps.

Dans l'exemple à droite on représente un couple électron-positron qui collisionnent et s'annihilent en un photon, qui finalement se désintegre de nouveau en un couple électron-positron. On voit bien sur la gauche du diagramme que l'électron et le positron sont bien séparés en espace, puis quand le temps avance (c'est-à-dire quand on va vers la droite) l'électron et le positron s'approchent, et quand ils se touchent ils se transforment en un photon, etc.