Les 4 forces fondamentales de la physique

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 qui se déroule dans l'univers peut être décomposée et décrite par seulement quatre (enfin, généralement quatre de plus plus tard) types d'interactions:

• 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 portée la plus éloignée, mais c'est la plus faible en ampleur réelle.

C'est une force purement attractive qui atteint même le vide "vide" de l'espace pour attirer deux masses l'une 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 dans la théorie de la relativité générale, qui la 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 des particules avec une charge électrique. Les particules chargées au repos interagissent par les forces électrostatiques, tandis qu'en mouvement, elles interagissent par les 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 Clerk Maxwell en 1864, sous les équations de Maxwell. Dans les années 40, 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 il peut affecter les choses à une distance raisonnable et avec une bonne quantité de force.

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 comme une interaction unique appelée «interaction électrofaible». L'interaction faible est médiée par le boson W (il existe deux types, le W⁺ et W^- bosons) et aussi le boson Z.

Une forte interaction

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

Essentiellement, l'interaction forte permet aux particules appelées gluons de se lier ensemble aux 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 manifestations principales soient 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 n'a pas encore été découverte. 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.

L'interprétation mécanique quantique actuelle de ces forces est que les particules n'interagissent pas directement, mais manifestent plutôt des particules virtuelles qui assurent la médiation des 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 est appelé gravité quantique. Il postule l'existence d'une particule virtuelle appelée le graviton, qui serait l'élément médiateur des 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 adoptée universellement.