- 1. Classification des particules
- 2. Théories de jauge et chromodynamique quantique
- 3. La liberté asymptotique des quarks et des gluons
- 4. Hadronisation des quarks et des gluons : les jets de particules
- 5. Le domaine mystérieux du confinement
- 6. Simulation numérique et calcul sur réseau
- 7. La phase déconfinée : le plasma de quarks et gluons
- 8. Axes de recherche en chromodynamique
- 9. Bibliographie
- 10. Site internet
CHROMODYNAMIQUE QUANTIQUE
Simulation numérique et calcul sur réseau
Pour étudier la chromodynamique quantique dans ces aspects les plus difficiles, les théoriciens simulent sur ordinateur le comportement de quarks et de gluons en interactions, en remplaçant l'espace-temps physique continu par un réseau discret de quelques millions de points. Le fondement de cette méthode inventée en 1974 par le théoricien américain Kenneth Wilson (1936-2013), prix Nobel en 1982, est la formulation comme « intégrale de chemin » d’une amplitude de diffusion proposée en 1948 par Richard Feynman pour l’électrodynamique quantique. Calculer une grandeur physique – la masse d’un hadron par exemple – c’est alors effectuer une intégrale sur toutes les configurations des champs présents, le poids statistique de chacune étant donné par une formule mathématique exprimant l’intensité de toutes les interactions possibles. Pour rendre ce calcul accessible aux ordinateurs, on « discrétise » le problème : l’espace-temps continu devient un réseau à quatre dimensions de quelques millions de points et les équations différentielles de la QCD se transforment en des équations aux différences finies qu’on peut résoudre par les méthodes issues des mathématiques appliquées. Cette méthode de calcul nécessite l’utilisation de moyens informatiques considérables et la qualité de ses performances a été acquise grâce à une expansion rapide de ces ressources dans les années 2000-2020. Des résultats remarquables ont été obtenus, comme des rapports de masse de différents hadrons ou les caractéristiques des changements d’état d’un ensemble de gluons (les « transitions de phase », voir plus bas). Mais de nombreux problèmes restent pour le moment inaccessibles à ces simulations numériques.
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Écrit par
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
Classification
Médias
Les particules élémentaires
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Intérieur d’un proton
Encyclopædia Universalis France
Couplages élémentaires de la chromodynamique quantique
Encyclopædia Universalis France
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