Physique des particules - une introduction

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Introduction

### Course Review: Physique des particules - une introduction on Coursera #### Overview "Physique des particules - une introduction" is an exceptional course offered on Coursera that delves into the fascinating realm of subatomic physics. Designed for learners who are curious about the building blocks of matter and the fundamental forces shaping the universe, this course brings clarity to complex topics related to particle physics, nuclear physics, and interactions at the subatomic level. As the course promises, it addresses key questions such as the concepts underlying particle physics, the properties of atomic nuclei, methods to accelerate and detect particles, and insights gained from particle reactions. #### Syllabus Breakdown 1. **Matière et forces, mesurer et compter**: The course kicks off with an introduction to the core objects of particle physics, discussing matter, forces, and spacetime. It also presents the concept of interaction intensity through the cross-section—a pivotal idea in understanding particle interactions. Hands-on experiences at the University of Geneva’s nuclear laboratory, including a look at Rutherford’s experiment, enrich the learning experience. 2. **Physique nucléaire**: Delving deeper, this module covers atomic nuclei and their applications. Through practical sessions, learners engage with radioactive experiments and explore experimental fusion reactors and nuclear power plants, offering a real-world glimpse into nuclear physics. 3. **Accélérateurs et détecteurs**: This section introduces the fundamentals of particle accelerators and detection methods. It elucidates how charged particles are accelerated and focused using electromagnetic fields, and explains how particle detection operates, enhancing understanding of modern accelerator technology. 4. **Interactions électromagnétiques**: Discussions in this module center on electromagnetic interactions, emphasizing photon exchanges between charged particles. Relationships between interaction cross-sections and interactions represented in Feynman diagrams are explored, alongside an informal introduction to the concept of spin, aiding comprehension of notable reactions like Compton scattering and electron-positron annihilation. 5. **Hadrons et interactions fortes**: This fifth segment dives into experiments like scattering using virtual photons, revealing the intricate structure of hadrons. The module highlights quarks' roles in forming baryons and mesons, as well as concepts like color charge and gluon properties—essential to understanding the strong force that binds quarks within hadrons. 6. **Interactions électro-faibles**: An in-depth exploration of weak forces brings to light particle-antiparticle relationships and transformations, introducing weak charges and bosons. Learners examine the unique traits of weak interactions and their link to electromagnetic force, as well as the intriguing characteristics of neutrinos. 7. **Matière et énergie sombre**: The concluding module addresses dark matter, which only manifests through gravitational effects, as well as the role of dark energy in the universe's expansion. Students are presented with observational evidence supporting these mysterious concepts and engage in discussions about potential new physics yet to be discovered. #### Recommendations I highly recommend "Physique des particules - une introduction" to anyone with a keen interest in understanding the fundamental aspects of our universe. The course is well-structured, progressively building knowledge from basic concepts to advanced discussions. The blend of theoretical content with practical insights, bolstered by opportunities for hands-on labs, creates a rich and engaging learning environment. Whether you're a student of physics, a science educator looking to refresh your knowledge, or simply someone curious about what lies beyond the microscopic world, this course will provide valuable insights and a solid foundation in particle physics. Plus, with the flexibility of Coursera's online learning platform, you can tailor your study schedule to fit your personal and professional commitments. In conclusion, this course opens the door to the captivating universe of particle physics, enriching your understanding and fueling your curiosity about the fundamental forces that govern everything around us.

Syllabus

Matière et forces, mesurer et compter

Pendant ce premier module on introduira notre sujet en faisant le tour des objets de la physique des particules, c’est à dire la matière, les forces et l’espace-temps. On discutera aussi comment on définit l’intensité d’une interaction entre particules, par le biais de la section efficace, qui est une notion centrale de la physique des particules. A la fin de ce module, on visitera les travaux pratiques nucléaires de l’UniGe pour voir l'expérience Rutherford.

Pendant ce deuxième module on parle de la physique du noyau atomique et de ses applications. On visitera les travaux pratiques nucléaire de l’UniGe pour voir les expériences sur la radioactivité. A la fin du module, on visitera un réacteur expérimental à fusion et une centrale nucléaire.

Dans ce module, on va toucher les bases de la physique des accélérateurs et des méthodes de détection pour les particules. On passera en revue les principes de l'accélération et focalisation de particules chargées par les champs électromagnétiques. On verra comment ces principes sont appliqués dans les accélérateurs et anneau de stockage modernes. Vous serez introduit aux processus physiques qui permettent de détecter les différents types de particules et comment ils sont utilisé dans des détecteurs modernes.

Pendant ce module on discute les interactions électromagnétiques, via l'échange de photons entre particules chargées électriquement. Vous vous rappellerez comment une réaction est décrite par sa section efficace. Vous en saurez plus sur la relation entre cette quantité et les digrammes de Feynman. Comme la matière consiste en fermions, on introduira le spin, mais d'une manière peu formelle. Vous comprendrez mieux les propriétés de quelques réactions exemplaires, comme la diffusion Compton et l'annihilation électron-positron, que vous avez déjà rencontré dans le module 3.

Dans ce cinquième module vous verrez comment les expériences de diffusion – typiquement utilisant des photons virtuels comme sonde – nous renseignent sur la structure interne des hadrons. Vous apprécierez le rôle des quarks dans la formation de baryons et mesons. Vous comprendrez mieux la notion de la charge couleur et les propriétés des gluons qui transmettent la force forte. Vous verrez comment cette force emprisonne les quarks à l'intérieur de leurs états liés. Et comment par conséquent les quarks fortement secoués (ou crées en paires dans le vide) se transforment en gerbes de hadrons appelés jets.

Pendant ce module on approfondit notre discussion des forces en y rajoutant les forces faibles. Vous comprendrez mieux la relation entre particules et antiparticules, moyennant les transformation de conjugaison de charge et de parité. Vous rencontrez les charges faibles et les bosons qui transmettent la force faible. A travers quelques réaction exemplaires, vous apprécierez les spécificités de la force faible et sa relation avec la force électromagnétique. Vous rencontrez les propriétés fascinantes des neutrinos. Et vous serez libéré d'un de vos préjugés, qui dit probablement que la masse des quarks et leptons est une de leurs propriétés intrinsèques.

Dans ce dernier module vous rencontrez la matière sombre, qui ne se manifeste que par son action gravitationnel. Vous verrez comment l'énergie sombre accélère l'expansion de notre univers. Vous apprécierez les indices observationnels qui nous démontrent l'existence de ces phénomènes mystérieuses. Et on discutera avec une spécialiste du domaine la nouvelle physique qui pourrait se cacher derrière et qui reste à découvrir.