[MUSIQUE] Bonjour et bienvenue pour ce quatrième module de notre cours d'introduction à la physique des particules. On va vous rappeler d'abord comment décrire une réaction. Mais le sujet de ce quatrième module est les interactions électromagnétiques, c'est-à -dire les interactions qui sont transmises par des photons. Après avoir suivi la première vidéo, vous vous rappellerez comment définir la relation entre le taux d'interaction et la section efficace. Vous vous rappellerez aussi comment définir la relation entre le taux de désintégration et le temps de vie d'une particule. Et finalement, comment toutes ces notions sont utilisées pour exprimer la probabilité d'un processus. Voilà deux exemples d'une interaction et d'une désintégration, une interaction à gauche, une désintégration à droite. On va reprendre une discussion que l'on a déjà eue dans le premier module : comment caractériser les propriétés et surtout les probabilités pour un tel processus? La quantité que l'on utilise pour les interactions c'est la section efficace, que l'on a introduite dans la vidéo 1.3 pour les diffusions ; l'analogue à ce concept pour les désintégrations est le taux de désintégration gamma. Les deux quantités sont des probabilités un peu cachées, c'est-à -dire qu'elles mesurent le rapport entre les réactions qui ont lieu et le nombre de réactions qui pourraient avoir lieu. C'est-à -dire que ce sont mathématiquement des probabilités, des nombres réels entre 0 et 1, mais mesurées dans des unités un peu étranges. On avait vu que les unités des deux quantités sont en effet une surface pour la section efficace et une énergie pour le taux de désintégration. Ceci est dû au système d'unités naturelles qu'on utilise et qui a été expliqué dans la vidéo 1.2 a. Alors, rappelons la définition du taux d'interaction : c'est leur nombre par seconde ; il est proportionnel à deux quantités, la première est la luminosité L, la deuxième est la section efficace dont on parle. La section efficace totale est, en effet, l'intégrale de la section efficace différentielle que l'on avait déjà introduite. Alors, la luminosité, ce facteur de proportionnalité entre le taux d'interaction qu'une expérience observe et la quantité fondamentale qui est la section efficace. est définie dans la situation de cibles fixes, c'est-à -dire un laboratoire où les cibles sont au repos, comme le produit entre le taux des projectiles et la densité surfacique des cibles. Dans la situation d'un collisionneur, où la cible et le projectile se rencontrent dans le centre de masse, la luminosité est en effet définie comme le produit des nombres de particules par paquet dans la cible et les projectiles, la fréquence de circulation des paquets divisée par la surface commune au point de collision. Les unités sont certes des surfaces, mais les unités spéciales pour la physique des particules sont des barns, c'est-à -dire 10 puissance moins 28 mètres carrés. Cela a l'air d'être un petit nombre, mais c'est en effet une grande section efficace. En haute énergie, on trouve plutôt des nanobarns, 10 puissance moins 9 barns, des picobarns, 10 puissance moins 12 barns, c'est-à -dire 10 puissance moins 40 mètres carrés. Pour les neutrinos qui ont les sections efficaces les plus petites connues dans le modèle standard, ce sont plutôt des attobarns, c'est-à -dire 10 puissance moins 42 mètres carrés, à 1 GeV. On va revenir sur ces sections efficaces dans le module 6. Le taux de désintégration est le concept analogique à la section efficace, mais pour des désintégrations, il n'y a pas de cible ; il y a juste la particule b qui qui est au repos normalement. Alors, on observe leur taux de désintégration, le nombre de désintégrations par seconde, on divise cela par le nombre de particules qu'il y avait ; ceci donne, en effet, une probabilité parce que c'est le nombre de désintégrations qui ont lieu divisé par le nombre maximum de désintégrations qui auraient pu avoir lieu. Ce rapport là est, en effet, l'inverse du temps de vie de la particule. Le nombre de particules b en fonction du temps peut être obtenu en intégrant ce taux de désintégration, qui est une probabilité fondamentale, c'est-à -dire que c'est une constante dans le temps. On obtient alors une décroissance exponentielle du nombre de particules b. Le nombre de désintégrations par intervalle de temps, que vous voyez dans la dernière formule sur ce slide, est en effet lui aussi proportionnel à une exponentielle dans le temps, qui dans son exponent a le rapport entre le temps passé et le temps de vie des particules. S'il y a plus d'un seul canal de désintégration, si la particule b peut se désintégrer en différentes particules c et d, on parle d'un taux partiel par canal i dont la somme est, en effet, le taux total de désintégration de la particule. Le rapport entre gamma i, le taux partiel, et le taux total gamma est appelé le rapport de branchement. En toute analogie avec la section efficace, on peut aussi observer un taux préférentiel d gamma / d oméga. Alors, pour un seul canal de désintégration, on pourrait en principe avoir 2 lois de désintégration : celle à gauche, qui est le nombre de particules qui décroît avec le taux total de désintégration, ou la formule à droite, qui prétend que le nombre de particules observés dans le canal b décroît avec le taux partiel. Alors, qu'est-ce que vous croyez? Quelle est la bonne réponse? Est-ce que la particule b, quand elle se désintègre, va savoir, ou pas, quel est l'état final de sa désintégration? Réfléchissez bien. Est-ce que c'est la formule à gauche, où la particule ne sait pas dans laquelle elle va se désintégrer, ou est-ce que c'est la formule à droite où elle sait? Je vais vous donner la réponse tout de suite : c'est la formule à gauche qui est correcte. Dans un processus quantique, sauf quand il y a interférence entre l'état final et l'état initial, l'état final est indépendant de l'état initial, c'est-à -dire que la particule ne peut pas savoir dans quel canal elle va se désintégrer, quand elle décide, entre guillemets, de se désintégrer. Dans la prochaine vidéo, Mercedes va appliquer ce concept de la section efficace aux interactions électromagnétiques élémentaires. [MUSIQUE]
