Les 4 forces fondamentales de la physique

Cette vue du télescope spatial Hubble révèle des milliers de galaxies remontant dans le temps à travers des milliards d'années-lumière d'espace. L'image couvre une partie d'un vaste recensement de galaxies appelé Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS). NASA, ESA, l'équipe GOODS et M. Giavialisco (Université du Massachusetts, Amherst)

Les forces fondamentales (ou interactions fondamentales) de la physique sont les façons dont les particules individuelles interagissent les unes avec les autres. Il s'avère que chaque interaction observée dans l'univers ne peut être décomposée et décrite que par quatre types d'interactions (enfin, généralement quatre, plus à ce sujet plus tard):

• La gravité
• Électromagnétisme
• Interaction faible (ou force nucléaire faible)
• Interaction Forte (ou Force Nucléaire Forte)

La gravité

Parmi les forces fondamentales, la gravité a la plus grande portée, mais c'est la plus faible en amplitude réelle.

C'est une force purement attractive qui atteint même le vide 'vide' de l'espace pour attirer deux messes l'un vers l'autre. Il maintient les planètes en orbite autour du soleil et la lune en orbite autour de la Terre.

La gravitation est décrite sous le théorie de la relativité générale , qui le définit comme la courbure de l'espace-temps autour d'un objet de masse. Cette courbure, à son tour, crée une situation où le chemin de moindre énergie est vers l'autre objet de masse.

Électromagnétisme

L'électromagnétisme est l'interaction de particules avec une charge électrique. Les particules chargées au repos interagissent à traversforces électrostatiques, alors qu'ils sont en mouvement, ils interagissent par des forces électriques et magnétiques.

Pendant longtemps, les forces électriques et magnétiques ont été considérées comme des forces différentes, mais elles ont finalement été unifiées par James Greffier Maxwell en 1864, sous les équations de Maxwell. Dans les années 1940, l'électrodynamique quantique a consolidé l'électromagnétisme avec la physique quantique.

L'électromagnétisme est peut-être la force la plus répandue dans notre monde, car elle peut affecter les choses à une distance raisonnable et avec une force assez importante.

Interaction faible

L'interaction faible est une force très puissante qui agit à l'échelle du noyau atomique. Il provoque des phénomènes tels que la désintégration bêta. Il a été consolidé avec l'électromagnétisme en tant qu'interaction unique appelée «interaction électrofaible». L'interaction faible est médiée par le boson W (il en existe deux types, le boson W⁺et W^-bosons) et aussi le boson Z.

Forte interaction

La plus forte des forces est la bien nommée interaction forte, qui est la force qui, entre autres, maintient les nucléons (protons et neutrons) liés ensemble. Dans le atome d'hélium , par exemple, il est assez solide pour lier deux protons ensemble même si leurs charges électriques positives les poussent à se repousser.

Essentiellement, l'interaction forte permet aux particules appelées gluons de lier les quarks pour créer les nucléons en premier lieu. Les gluons peuvent également interagir avec d'autres gluons, ce qui donne à l'interaction forte une distance théoriquement infinie, bien que ses principales manifestations se situent toutes au niveau subatomique.

Unifier les forces fondamentales

De nombreux physiciens pensent que les quatre forces fondamentales sont, en fait, les manifestations d'une seule force sous-jacente (ou unifiée) qui reste à découvrir. Tout comme l'électricité, le magnétisme et la force faible ont été unifiés dans l'interaction électrofaible, ils travaillent à unifier toutes les forces fondamentales.

Le courant interprétation mécanique quantique de ces forces est que les particules n'interagissent pas directement, mais manifestent plutôt des particules virtuelles qui médiatisent les interactions réelles. Toutes les forces, à l'exception de la gravité, ont été regroupées dans ce « modèle standard » d'interaction.

L'effort pour unifier la gravité avec les trois autres forces fondamentales s'appelle gravité quantique . Il postule la existence d'une particule virtuelle appelé le graviton, qui serait l'élément médiateur dans les interactions gravitationnelles. À ce jour, les gravitons n'ont pas été détectés et aucune théorie de la gravité quantique n'a été couronnée de succès ou universellement adoptée.