Physique des particules

La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi physique des hautes énergies car de nombreuses particules élémentaires n'existent pas à l'état naturel et peuvent seulement être détectées lors de collisions à hautes énergies entre particules plus grandes dans les accélérateurs de particules.

Sommaire

1 Particules subatomiques 2 Histoire de la physique des particules 3 Classement des particules subatomiques 3.1 Bosons et Fermions 3.2 Particules et antiparticules 3.3 Interactions et champs 3.3.1 Interactions électromagnétiques 3.3.2 Interactions faibles 3.3.3 Interactions électrofaibles 3.3.4 Interactions fortes 3.3.5 Interactions gravitationnelles 3.4 Tableau Récapitulatif 4 Le modèle standard de la physique des particules 5 Détecter les particules 5.1 Les détecteurs à ionisation 5.2 Les détecteurs à scintillation 5.3 Les détecteurs à semiconducteur 5.3.1 La structure de base des détecteurs à semi-conducteur 5.3.2 Les caractéristique des détecteurs à semi-conducteur 5.3.3 Les applications des détecteurs à semi-conducteur 5.4 Les détecteurs Cherenkov 6 Grandes expériences de physique des particules 7 Objections contre la physique des particules 8 Voir aussi

Particules subatomiques

La recherche moderne en physique des particules est concentrée sur les particules subatomiques qui sont plus petites que des atomes. Celles-ci incluent les constituants atomiques tels que les électrons, les protons, et les neutrons (les protons et les neutrons sont réellement des particules composées, constituées de quarks), de même que les particules produites par les phénomènes de rayonnement et de dispersion, tels que les photons, les neutrinos, et les muons.

À proprement parler, le terme de particule est inadéquat: les objets étudiés par la physique des particules obéissent aux principes de la mécanique quantique; en tant que telles, elles sont sujettes à la dualité onde-particule, montrant un comportement de particules dans certaines conditions expérimentales et celui d'ondes dans d'autres. Théoriquement, elles ne sont décrites ni en tant que particules, ni en tant qu'ondes, mais comme vecteurs d'état dans un espace de Hilbert (cfr. théorie quantique des champs). Selon la convention utilisée par les physiciens des particules, nous emploierons le terme particules élémentaires pour nous référer à des objets tels que des électrons et des photons, en sachant que ces particules ont aussi des propriétés d'ondes.

Toutes les particules observées jusqu'à présent ont été cataloguées dans une théorie quantique des champs appelée modèle standard, qui est souvent considéré comme le plus grand accomplissement de la physiques de particules. Ce modèle contient 47 espèces des particules élémentaires, dont certaines peuvent se combiner pour former des particules composées, dont des centaines ont été découvertes depuis les années 1960. Le modèle standard s'est avéré être conforme à presque tous les tests expérimentaux effectués jusqu'ici, cependant, la plupart des physiciens des particules pensent que c'est une description incomplète de la Nature et qu'une théorie plus fondamentale attend d'être découverte. La mise en service en 2007 du grand collisionneur de protons: LHC au CERN, devrait permettre de compléter la connaissance du modèle standard de la physique des particules et peut-être de révéler des extensions à celui-ci.

La physique des particules a eu un grand impact sur la philosophie des sciences. Les idées des réductionnistes qui motivèrent une grande partie du travail dans ce domaine ont été critiquées par divers philosophes et scientifiques.

Histoire de la physique des particules

L'idée que la matière se compose de particules élémentaires date au moins du VIe siècle av. J.-C. La doctrine philosophique de l'atomisme a été étudiée par les philosophes grecs tels que Leucippe, Démocrite, et Épicure. Bien qu'au XVII^e siècle, Isaac Newton pensait que la matière était composée des particules, c'est John Dalton qui, en 1802, énonça formellement que tout est constitué d'atomes minuscules.

En 1869, le premier tableau périodique de Dmitri Mendeleïev permit d'affermir le point de vue prévalent durant tout le XIX^e siècle que la matière a été fait d'atomes. Les travaux de Joseph John Thomson établirent que les atomes sont composés d'électrons légers et de protons massifs. Ernest Rutherford établit que les protons sont concentrés dans un noyau compact. Initialement, on pensait que le noyau était seulement constitué de protons et d'électrons confinés (afin d'expliquer la différence entre la charge et le nombre de masse), mais ultérieurement il s'avéra qu'il était constitué de protons et de neutrons.

Au XX^e siècle, les progrès de la physique nucléaire et de la physique quantique, culminant avec les preuves de la fission nucléaire et fusion nucléaire, donna naissance à une industrie capable de produire un atome à partir d'un autre, rendant même possible (mais non rentable économiquement) la transmutation de plomb en or.

Tout au long des années 1950 et des années 1960, une variété ahurissante de particules a été trouvée lors d'expériences de dispersion. Ceci fut appelé le zoo de particules. Cette expression fut désapprouvée après la formulation du modèle standard dans les années 1970 car le grand nombre de particules put être expliqué comme résultant de combinaisons d'un relativement petit nombre de particules fondamentales.

Classement des particules subatomiques

Bosons et Fermions

La mécanique quantique introduit la notion de moment cinétique intrinsèque d'une particule, le spin. Le spin peut prendre des valeurs qui sont des multiples de h/4π. Il détermine également le type de statistique auquel est soumise la particule.

• Bosons

Les bosons sont des particules de spin entier (), qui obéissent à la statistique de Bose-Einstein, c'est-à-dire qu'un système de deux bosons identiques, désignés par les indices 1 et 2 est décrit par une fonction d'onde qui est symétrique sous l'échange des particules : Ψ_{12 21}

• Fermions

Les fermions sont des particules de spin demi-entier () qui obéissent à la statistiquēēe de Fermi-Dirac, c'est-à-dire qu'un système de deux fermions identiques, désignés par les indices 1 et 2 est décrit par une fonction d'onde qui est antisymétrique sous l'échange des particules : Ψ_{12 21}

Particules et antiparticules

La notion d'antiparticule fut proposée par Paul Dirac en 1928. Dirac interpréta certaines solution de l'équation qui porte son nom comme des antiparticules. Les solutions associées peuvent être interprétées comme des particules se propageant à rebours dans le temps ou encore comme des trous dans une mer de particules.

Une antiparticule se caractérise par :

• une charge et des nombres quantiques opposés à ceux de la particule associée
• une masse et une durée de vie identiques à celles de la particule correpondante

L'existence des antiparticules fut confirmée par Anderson dès 1933 par la découverte du positron (antiparticule de l'électron). Certaines particules, dont toutes les charges sont nulles, comme le photon ou le boson Z₀ sont leur propre antiparticule. Par convention, l'antiparticule est désignée par une barre supérieure.

Interactions et champs

La mécanique classique et la théorie quantique des champs ont des approches différentes lorsqu'il s'agit d'écrire les interactions.

• En mécanique classique :

Un champ produit par une particule 1 à la position de la particule 2. la particle 2 interagit avec la valeur de ce champ.

• En théorie quantique des champs :

L'interaction est interprétée comme un échange de quanta. L'échange obéit aux lois de conservation des nombres quantiques et de la quadri-impulsion. La quadri-impulsion obéit à l'équation d'onde dans les limites du principe d'incertitude de Heisenberg :

et

Les états transitoires sont appelés virtuels, par exemple, un photon virtuel peut avoir une quadri-impulsion telle que p²   ≠   0

Interactions électromagnétiques

Les interactions électromagnétiques se caractérisent par les propriétés suiivantes :

• mettent en jeu des particules chargées
• constante de couplage α =e/4π
• temps d’interaction et/ou vie moyenne typique de ∼ 10⁻²⁰ s;
• section efficace typique de ∼ 10⁻³³ m²;
• échange de photons (γ);
• m_γ = 0, donc portée R = ∞.

Interactions faibles

Les principales manifestations des interactions faibles sont:

1. La désintégration β du neutron, ex. n → p + e− + ¯νe.

2. La capture d’antineutrinos, ex. p+ ¯νe → n + e+.

3. Les réactions hadroniques pures, ex. la désintégration des Σ, peuvent passer par le mode faible ou le mode électromagnétique mais les caractéristiques diffèrent suivant le mode de désintégration: int. faibles int. e.m. Σ− → n + π | {z } Σ0 → Λ + γ ΔS = 1 | ΔS{z= 0 } τ ' 10−10 s τ ' 10−19 s où ΔS est le changement du nombre quantique d’étrangeté et τ est la vie moyenne ou durée des interactions. Les interactions faibles sont alors caractérisées par les propriétés suivantes:

• mettent en jeu des neutrinos ou des quarks qui changent de saveur, c’est-à-dire des particules ayant une charge faible;

• couplage faible (entre protons): α_Fermi = G_F m² _p/4π ≈ 10⁻⁶;

• temps d’interaction et/ou vie moyenne typique de ∼ 10⁻⁸ s;

• section efficace de ∼ 10⁻⁴⁴ m²;

• échange de bosons W^± (courants chargés) et Z⁰ (courant neutre);

• m_W = 80 GeV, donc portée R = 10⁻¹⁸ m.

Les interactions électromagnétiques et faibles (électrofaibles) sont unifiées dans le modèle de Glashow-Weinberg-Salam (1967). Mais à basse énergie, la symétrie est brisée et les deux forces semblent distinctes. Les interactions faibles mettent en jeu un couplage faible g_W et l’échange des bosons de jauge W^± et Z⁰. Les réactions faibles sont caractérisées par une amplitude de probabilité de la forme :

Amplitude ∝ g²_W/(q² − M²_W,Z)

où q² est le transfert de quadri-impulsion porté dans l’échange du quantum.

Dans la limite q² → 0, la théorie de Glashow-Weinberg-Salam se ramène à la théorie des interactions faibles de Fermi (1935) où les interactions impliquant quatre particules sont ponctuelles et de force G_F , la constante de Fermi. G_F ∼= 10⁻⁵ GeV⁻².

Le modèle de Glashow-Weinberg-Salam a l’avantage sur la théorie de Fermi d’être renormalisable. C’est aussi un exemple d’unification de forces (faible et e.m.).

Interactions électrofaibles

Interactions fortes

Les interactions fortes sont fréquentes dans les collisions de hadrons à haute énergie. Elles impliquent, au niveau fondamental, les interactions entre quarks et gluons. On les retrouve par exemple dans la collision K⁻ + p → Σ⁰ dont la durée est d’environ τ= 10⁻²³ s. Les interactions fortes sont caractérisées par les propriétés suivantes:

• mettent en jeu des particules portant une charge colorée (quarks et/ou gluons);

• couplage très fort: α_s ∼ 1;

• temps d’interaction et/ou vie moyenne typique de ∼ 10⁻²³ s;

• section efficace typique de ∼ 10⁻³⁰ m²;

• échange de gluons;

• confinement des quarks et gluons;

• liberté asymptotique;

• portée effective de R = 10⁻¹⁵ m en raison du confinement.

Interactions gravitationnelles

Il n’existe pas actuellement une théorie quantique gravitationnelle satisfaisante bien que la supergravité, les cordes ou les supercordes soient de bons candidats. Par contre, une théorie quantique gravitationnelle devrait posséder les caractéristiques suivantes:

• implique tout ce qui possède une énergie-masse et qui modifie la métrique (tenseur énergie- impulsion);

• couplage très faible au niveau subatomique: le couplage typique entre deux protons est α_G = G_Nm²_p /4π = 4.6 × 10⁻⁴⁰;

• le graviton, boson d’interaction de spin 2 correspond à une fluctuation quantique de la métrique

• masse nulle du graviton, la gravitation ayant une portée infinie.

Tableau Récapitulatif

	fermions élémentaires	leptons	électrons
			muons
			tau
			neutrinos électroniques
			neutrinos muoniques
			neutrinos tauniques
		quarks	quarks up
			quarks strange
			quarks bottom ou beauty
			quarks down
			quarks charmed
			quarks top
hadrons	fermions composés	baryons	nucléons	neutrons
				protons
			hypérons	lambda
				sigma
				ksi
				omega
	bosons	mésons	pions
			kaons
			eta
			rho
			phi
			D
			J/Psi
			B
			Upsilon
		photon
		gluon
		graviton
		Z0
		W-
		W+

Le modèle standard de la physique des particules

L'état actuel de la classification des particules élémentaires s'appelle le modèle standard. Il décrit les forces fondamentales fortes, faibles, et électromagnétiques en utilisant des bosons médiateurs connus sous le nom de boson de jauge. Les bosons de jauge sont le photon, les bosons W^-, W⁺ et Z, les gluons et le graviton. Le modèle contient également 24 particules fondamentales, qui sont les constituants de la matière: les quarks et les leptons. Il prévoit aussi l'existence d'un type de boson connu sous le nom de boson de Higgs, mais qui n'a pas encore été observé.

Détecter les particules

Les détecteurs de particules sont basés sur les phénomènes de leurs interactions avec la matière, qui ont été abordés précédemment. Les principes de quelques types des détecteurs de particules couramment utilisés aujourd’hui vont être détaillés.

Les détecteurs à ionisation

Ce type de détecteur mesure la charge déposée par une particule chargée traversant un milieu ionisable, qui peut être un gaz, un liquide, voire un solide, chacun ayant ses avantages et ses applications.

Une particule chargée suffisamment énergétique est capable d'arracher les électrons des atomes du milieu traversé, c'est le processus d'ionisation. Le nombre moyen de paires d’électrons et d'ions primaires ainsi créées par le passage d’une particule chargée est donné par la formule de Bethe-Bloch: N = -d.dE/dx / W où d est l’épaisseur du détecteur, et W l’énergie moyenne nécessaire pour créer une paire. Dans les gaz W est de l'ordre de 30 eV.

Dans un détecteur à ionisation, le milieu est plongé dans un champ électrique généré par une paire d'électrodes, généralement de géométrie cylindrique ou plane. Les électrons nouvellement créés se déplacent alors vers l'anode et les ions, vers la cathode. Selon le type d'effet voulu, l'anode peut prendre la forme d'un ou plusieurs fil très fin près duquel le champ électrique devient très intense et où les électrons sont accélérés jusqu'à être capables d'ioniser d'autres atomes, créant des électrons secondaires, capables à leur tour d'ioniser des atomes, ceci plusieurs fois de suite. C'est le phénomène d'avalanche.

Les électrons, environ mille fois plus rapides que les ions, sont rapidement capturés par l'anode, mais le courant des ions dérivant vers la cathode induit un signal électrique relativement important sur les électrodes, directement mesuré par un pré-amplificateur qui produit le signal électronique.

Le signal détecté par l’amplificateur dépend de plusieurs facteurs, et avant tout du champ électrique appliqué entre les électrodes et, dans le cas d'un détecteur à gaz, de la pression.

Les régions opérationnelles des détecteurs à ionisation sont les suivantes :

• La région de recombinaison

Lorsque le champ électrique entre les électrodes est faible, les électrons et les ions peuvent se recombiner en atomes aussitôt après leur création. Seule une petite fraction des charges d’ionisation est détectée par l’amplificateur.

• La région d’ionisation et les chambres à ionisation

Une fois que le champ électrique est assez fort pour limiter les recombinaisons, les charges d’ionisation dérivent presque intégralement vers les électrodes. On obtient un signal qui reflète la charge totale d’ionisation. Les détecteurs opérant dans cette région, par exemple les chambres à argon (Ar) liquide et les détecteurs à semi-conducteurs (Si, Ge), ont une excellente résolution en énergie et le signal mesuré est déjà assez proportionnel à la charge déposée (bonne linéarité). Les signaux sont assez faibles parce qu’il n’y pas d’amplification des charges dans le détecteur, et des amplificateurs spéciaux à bas bruit sont nécessaires.

• La région proportionnelle

Si le champ électrique est suffisamment fort (E ~ 10⁴ V/cm), les électrons sont accélérés par le champ électrique et gagnent assez d’énergie pour produire des ionisations secondaires. Puisque la probabilité d’une ionisation secondaire par unité de longueur (a) est constante pour un champ électrique donné, le nombre total d’ionisations est proportionnel au nombre d’ionisations initiales: N = N₀ e^αd. Le facteur multiplication est donné par M = e^αd = 10⁴ à 10⁸. Les détecteurs opérant dans la région proportionnelle sont généralement des détecteurs à gaz, parce que les gaz permettent d'obtenir un grand facteur de multiplication lors de l'avalanche. L’avantage des chambres proportionnelles est qu’elles n’exigent pas d’électronique à bas bruit. Elles peuvent être utilisées pour les mesures d’énergie, mais la précision est moins bonne à cause de la fluctuation du processus d’amplification et le facteur de multiplication dépend de plusieurs facteurs d’environnement (tension, température, etc.). L’application la plus importante des chambres proportionnelles est la mesure de position, comme les chambres proportionnelles multi-fils (Multi-Wire Proportional Chambers, ou MWPC) et les chambres à dérive. Les chambres à dérive sont idéales comme traceur devant un calorimètre parce que les particules perdent peu d’énergie dans les gaz. Les avantages des chambres à gaz incluent un nombre relativement faible de fils d'anode, et une bonne résolution spatiale, de l'ordre de 50 µm, et une construction facile permettant des détecteurs de grande surface.

• La région Geiger

Lorsque le champ électrique est suffisamment fort, les électrons primaires sont capables d'ioniser d’autres atomes très rapidement et une avalanche très intense se produit. De plus, un grand nombre de photons sont créés dans le processus par désexcitation des atomes. Ces photons initient eux aussi des avalanches d’ionisation par effet photo-électrique, au long du fil d’anode où le champ électrique est le plus fort. Ces avalanches sont suffisamment intenses pour générer une décharge électrique dans le gaz, si puissante qu'elle est audible. C’est le principe du compteur Geiger. La décharge ne s’interrompt que lorsque la charge d’espace formée par la gaine d’ions positifs autour de l’anode écrante suffisamment le champ électrique autour de celle-ci pour que le processus de multiplication ne puisse plus continuer. Pendant ce temps le détecteur n’est plus sensible aux ionisations primaire, ce jusqu’à ce que les ions aient migré suffisamment loin de l’anode. C’est l’origine du temps mort dans le compteur Geiger.

Dans une décharge, le courant d’anode est saturé. L’amplitude du signal est donc indépendante des charges primaires. Les compteurs Geiger ne peuvent pas mesurer l’énergie des particules, mais on les utilise pour compter le nombre de particules le traversant, même aux faibles énergies. Ceci est utile pour les mesures de radioactivité. Le taux maximal mesurable est limité par le temps mort.

• La région de décharge

Augmenter le champ au-delà de la région Geiger entraîne une décharge continue. Un détecteur n’est plus utile s’il se trouve dans cette région.

Les détecteurs à scintillation

Certains milieux transparents émettent une petite quantité de lumière en désexcitation après avoir été excités par une particule chargée (fluorescence). Ces photons peuvent être détectés par un dispositif photosensible, si le milieu est transparent dans le domaine de longueur d’onde correspondant au moins à certains de ces photons. Il existe divers milieux qui satisfont à cette condition de transparence :

• Les scintillateurs organiques (plastique, liquide, cristal)

Leur mécanisme de fluorescence est associé aux états excités des molécules

• Les scintillateurs inorganiques (cristal): NaI(Tl), CsF2, BGO, …

Leur mécanisme de fluorescence est associé à la présence d'états intermédiaires appaissant par la présence d'impuretés (le thallium dans l'iodure de sodium par exemple).

Les détecteurs à semiconducteur

Les détecteurs à semi-conducteurs sont un type particulier de détecteurs à ionisation. Au lieu d’exciter ou ioniser le milieu, une particule chargée traversant un semi-conducteur crée des paires d’électron-trous quasi-libres dans la bande passante. Il faut seulement à peu près 3 eV pour en créer une paire (comparé à 30 eV pour une ionisation dans un gaz)! Les charges ainsi créées peuvent être détectées en appliquant un champ électrique, comme dans d’autres types de détecteurs d’ionisation.

• Avantages:

– Très bonne résolution en énergie, incomparable à basse température

– Détecteurs compacts (puisque solide)

- précision (construction en micro-bande,microélectronique)

• Désavantages:

– Cher, fragile, susceptible aux dommages des radiations

La structure de base des détecteurs à semi-conducteur

La structure de base d’un détecteur à semi-conducteur est une jonction inversement polarisée.

• Dans un semi-conducteur il existe une densité de porteurs intrinsèques

de type n (électron) ou de type p (trou), causée par des excitations thermiques.

• Mais quand deux semi-conducteurs de types différents entrent en

contact, par effet de diffusion, une zone sans porteur de charge se forme au point de contact, et forme ainsi une jonction (zone de déplétion). Une barrière de potentiel se forme dans cette zone, empêchant la conduction entre les deux semi-conducteurs. (Cette zone est comparable à la zone de capacité d’une chambre à ionisation.)

• L’application d’une polarisation inverse (Vn > Vp) élargit la zone de

déplétion, ce qui augmente l’efficacité de détection.

Les caractéristique des détecteurs à semi-conducteur

• Efficacité

Nous avons déjà mentionné que ~3 eV était nécessaire pour créer une paire électron-trou, ce qui est 10 fois plus sensible que dans le cas d'un gaz, et 100 fois plus sensible qu’un scintillateur. Cela se traduit par une meilleure résolution en énergie, puisque avec plus d’ionisations primaires, la fluctuation des charges collectées est moins importante.

• Linéarité

Les détecteurs à semi-conducteur ont de bonnes linéarités, puisque le seuil de perte d’énergie est très faible. Néanmoins pour les particules fortement ionisantes, comme les ions lourds, l’efficacité de collecte est affectée par l’effet de charge spatiale (les charges dérivent moins vite, donc plus de recombinaison, parce que le champ électrique est diminué).

• Courant de fuite

Même si la jonction est inversement polarisée, il existe un très faible courant (~mA) à travers la jonction. Ce courant de fuite vient des mouvements des porteurs de charge, et aussi des effets des impuretés et des effets de surface.

• Temps de montée

Les détecteurs à semi-conducteurs sont très rapides. Le temps montant des charges induites est de l’ordre de quelques ns.

Les applications des détecteurs à semi-conducteur

• Mesures d’énergie

Les détecteurs à semi-conducteur ont une excellente résolution en énergie, mais ils sont limités par l’épaisseur de la zone de déplétion (de l’ordre du mm).

• Mesures de position, en profitant de la technologie de la

microélectronique pour fabriquer des patterns précis sur le cristal :

– Détecteur au silicium de micro-bande

– Détecteur à pixel, CCD (‘charge coupled device’)

Les détecteurs Cherenkov

Une particule chargée à vitesse v qui traverse un milieu d’indice de réfraction n polarise les atomes tout au long de son parcours, qui deviennent des dipôles électriques. Ces dipôles émettent un rayonnement électromagnétique.

Si la vitesse de particule ne dépasse pas celle de la lumière dans ce milieu, c’est-à-dire v < c/n, les rayonnements des dipôles de deux côtés du parcours s’annulent. Si v > c/n, la matière en aval ne peut être polarisée, le champ créé par la particule se propageant moins vite que celle-ci. Un rayonnement net en résulte, qui constitue l’effet Cherenkov.

La perte d’énergie par le rayonnement Cherenkov est négligeable (~1% de la perte par ionisation). Noter aussi que le rayonnement Cherenkov se produit dans tous les milieux transparents, y compris les scintillateurs. Mais la scintillation est ~100 fois plus intense.

Le seuil de rayonnement Cherenkov est beta > 1/n. Au seuil le rayonnement est émis en avant (Theta c=0). L’existence du seuil pour le rayonnement Cherenkov est exploité pour distinguer les particules chargées des masses différentes. Ce sont des compteurs Cherenkov à seuil.

Les particules chargées plus lourdes que m_seuil n’émettent pas de rayonnement Cherenkov. On peut ainsi distinguer les particules chargées plus lourdes ou plus légères que m_seuil dans un faisceau. Par exemple, dans un faisceau mélangé d’électrons et de pions chargés, on peut déclencher sur les électrons en mettant m_seuil > m_p. On utilise souvent un compteur Cherenkov à gaz, puisque l’indice de réfraction n est facilement réglé avec la pression du gaz.

Plusieurs compteurs à seuil peuvent également être enchaînés pour pouvoir distinguer plusieurs particules de même impulsion en même temps. Par exemple en combinant 3 compteurs avec n1 > n2 > n3 correctement choisis, on peut différencier les pions, les kaons et les protons.

Grandes expériences de physique des particules

En physique des particules, les collaborations internationales principales sont:

• le CERN, situé sur la frontière franco-suisse, près de Genève. Ses équipements principaux sont le LEP (Large Electron-Positron, le grand collisionneur d'électrons et de positrons) maintenant démantelé et le LHC (Large Hadron Collider, le grand collisionneur d'hadron) en cours de construction.
• le DESY, situé à Hambourg, en Allemagne. Son installation principale est HERA, où l'on provoque des collisions entre des électrons ou des positrons et des protons.
• le SLAC, situé près de Palo Alto, aux États-Unis. Son installation principale est PEP-II (collisions d'électrons et de positrons).
• le Fermilab, situé près de Chicago, aux États-Unis.

Son installation principale est le Tevatron (collisions de protons et d'antiprotons).

• Le laboratoire national de Brookhaven, situé sur Long Island, aux États-Unis. Son installation principale est le Relativistic Heavy Ion Collider, où l'on étudie des collisions entre des ions lourds tels que des ions d'or et des protons.

De nombreux autres accélérateurs de particules existent.

Objections contre la physique des particules

Au sein même de la physique, il y a des objections à l'approche extrêmement réductionniste d'essayer d'expliquer tout en termes de particules élémentaires et de leurs interactions. Ces objections sont habituellement formulées par les physiciens de l'état solide. Le modèle standard lui-même n'est pas mis en cause mais ils considèrent que la vérification et le perfectionnement du modèle n'est pas aussi important que l'étude des propriétés des atomes et des molécules et particulièrement de leurs propriétés dans des ensembles statistiquement grands. Ces critiques maintiennent que même une connaissance complète des particules élémentaires ne donne pas la connaissance complète des atomes et des molécules, la connaissance qui est la plus importante d'un point de vue pratique.

Les réductionnistes proclament généralement que tout progrès en sciences a impliqué le réductionnisme dans une certaine mesure.

Voir aussi

• Physique atomique
• Particule subatomique
• Particule fondamentale
• Modèle standard
• Théorie des groupes
• Physique nucléaire
• Neutrino
• Muon

See also: Physique des particules, 1802, 1869, Accélérateur de particules, Allemagne, Années 1950, Années 1960, Atomisme, B