INTERACTION (physique)

Dans la nature, les objets sont soumis à toutes sortes de forces qui s'exercent à distance. Ainsi, par exemple, deux masses s'attirent, deux charges électriques s'attirent ou se repoussent suivant leur signe. Les objets ont une action l'un sur l'autre : ils interagissent. La conception classique de la force suppose implicitement que la nature d'un objet auquel on applique celle-ci n'est en rien modifiée par elle : seul son mouvement change. On sait aujourd'hui que, à l'échelle microscopique, les forces agissent certes sur le mouvement des particules, mais peuvent également modifier leur nature, en transformant l'une en l'autre par exemple. Ainsi, lors d'une désintégration radioactive de type bêta, la force « nucléaire faible » transforme un neutron en une triade composée d'un proton, d'un électron et d'un antineutrino. L'effet d'une force n'est donc plus seulement dynamique. Soucieux de voir cette nuance reflétée par le vocabulaire, les physiciens préfèrent en l'occurrence parler d'interaction plutôt que de force.

Quatre interactions sont aujourd'hui jugées fondamentales : la gravitation, l'électromagnétisme (ces deux interactions étant actives à notre échelle), et deux interactions nucléaires qui n'agissent qu'à l'échelle microscopique. L'une, dite « faible », gère certains processus radioactifs ; l'autre, dite « forte », lie les constituants des noyaux atomiques.

Notion d'interaction à distance

La gravitation est la seule interaction fondamentale dont la sensation soit directe et permanente, par l'intermédiaire de son effet le plus immédiat : la pesanteur, responsable du poids des corps matériels. Elle est donc naturellement la première interaction fondamentale à avoir été décrite mathématiquement. C'est au xvi^e siècle seulement qu'on a soupçonné puis précisé la parenté entre la gravité et l'interaction qui s'exerce entre les astres. Dans ses Principes mathématiques de philosophie naturelle (1687), Isaac Newton transforme le mouvement des astres en « gravitation » et les forces d'attraction en propriétés caractéristiques d'une « gravitation universelle » : il définit ainsi le concept moderne de force, énonce les lois du mouvement et introduit la notion d'interaction à distance, notion très audacieuse car fortement empreinte de magie pour de nombreux scientifiques de l'époque, qui s'y sont, de ce fait, fortement opposés. D'intensité très faible, elle est tout à fait négligeable aux échelles microscopiques que considère la physique des particules. Mais sa portée spatiale est infinie. Cela signifie qu'il faudrait écarter infiniment deux corps pour annuler l'intensité de leur interaction. Toujours attractive, l'interaction gravitationnelle est cumulative, c'est-à-dire proportionnelle au nombre de particules mises en jeu. Cela explique pourquoi, bien que très faible au niveau microscopique, elle devient prépondérante à notre échelle et dominante aux échelles cosmologiques. Après l'édification de la relativité restreinte (1905), Albert Einstein interprète la gravitation comme une courbure géométrique de l'espace-temps. Mais une énigme subsiste : comment les corps interagissent-ils ? Une particule hypothétique, le graviton, serait responsable de leur attraction. Il n'aurait ni masse ni charge et voyagerait à la vitesse de la lumière. Jusqu'à présent, aucun indice de son existence n'a encore été observé.

L'électromagnétisme est né, en 1872, de l'unification par James Maxwell de théories antérieures comme l'électrostatique, l'électrocinétique ou la magnétostatique. Cette théorie unifiée explique notamment le comportement des charges et courants électriques, des aimants ou de la lumière.[...]