C’est l’une des forces fondamentales de la nature et sans elle, le Soleil n’existerait pas : qu’est-ce que l’interaction faible ?

L'interaction faible est une force méconnue qui brise la plupart des règles de la physique. Elle est pourtant à l'origine du Soleil et des étoiles qui peuplent l'espace. On vous explique en quoi elle consiste.

Il y a quatre forces fondamentales dans la nature. Même si vous ne vous intéressez pas à la physique, vous en connaissez au moins deux : la gravité et l'électromagnétisme. Les forces restantes ont des noms moins marquants, à savoir l'interaction forte et l'interaction faible. C'est la dernière qui nous intéresse ici, tant par ses propriétés uniques que par son importance. Et c'est un euphémisme. Pour comprendre pourquoi, il faut remonter plusieurs dizaines d'années en arrière.

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Dans les années 1930, des scientifiques mènent des expériences sur un phénomène appelé “désintégration bêta“. Ils se rendent alors compte de quelque chose d'étrange. Un élément éjecte un électron, puis change. Il devient parfois un isotope du même élément, parfois un élément complètement différent. Qu'est-ce qui a provoqué cette transformation ? Le physicien Enrico Fermi avance une hypothèse, celle d'une force de la nature encore inconnue : l'interaction faible.

L'interaction faible ne respecte pas les lois de la physique

Le chercheur avait raison. Il existe bien une force capable d'opérer ce genre de modifications au niveau des particules. Sauf que l'interaction faible n'a pas fini de faire parler d'elle. Au fil du temps, la communauté scientifique comprend qu'elle ne fait rien comme les autres.

Les autres forces connues sont transportées par des particules sans masse. Celles de l'interaction faible, les bosons W et Z, en ont une, et pas des moindres. Ils sont plus lourds qu'un proton, ce qui explique en partie pourquoi on parle d'une force “faible” à la portée extrêmement réduite. Comme si vous essayiez de déplacer une voiture en la soulevant, vous n'iriez pas loin.

À cette particularité déjà étonnante s'en ajoute une autre qui brise carrément une loi jusque là immuable de la physique : la symétrie P, pour Parité. En résumé, si vous menez une expérience sur des particules et la comparez à la même, mais en miroir, les résultats des deux seront identiques.

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On doit cela à l'hélicité. Pas la peine d'entrer dans les détails, retenez juste qu'il s'agit d'une propriété qui va soit dans le sens horaire (hélicité droite), soit dans le sens anti-horaire (hélicité gauche). Toutes les particules présentent un équilibre parfait entre hélicités droites et gauches. C'est pour ça que leur reflet dans un miroir est identique à l'original.

Mais comme l'interaction faible n'en fait décidément qu'à sa tête, les petites particules qu'elle crée, les neutrinos, ont toujours une hélicité gauche uniquement. Dans le miroir, elles seraient à droite, ce qui est contraire à la symétrie P.

Nous nous arrêterons là, mais sachez que ce ne sont pas les seules spécificités de l'interaction faible. La bonne nouvelle, c'est que la force ne fait pas tout ça juste pour se faire remarquer. Elle a un rôle fondamental dans l'univers. Et même vital en un sens.

À quoi sert l'interaction faible ?

Imaginez que vous vouliez fusionner deux atomes d'hydrogène. Ce serait impossible en l'état puisqu'ils se repousseraient. Il faut donc changer l'un des protons en quelque chose qui permet le rapprochement, en l’occurrence un neutron.

Une fois le neutron collé au proton, cela donne un deutéron. Les deutérons fusionnent eux-mêmes entre eux pour devenir de l'hélium, ce qui dégage de l'énergie. C'est le principe de la fusion nucléaire, qui permet à notre Soleil de briller et plus globalement aux étoiles d'exister.

Vous l'aurez compris : c'est l'interaction faible qui permet la transformation d'un proton en neutron. Sans elle, pas de fusion nucléaire, et donc pas de Soleil. Sachant cela, on peut bien lui pardonner ses excentricités non ?