constante

constante de couplage

Un paramètre qui quantifie la force d'une interaction entre particules ou champs.
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Description

Une constante de couplage est un paramètre qui quantifie la force d'une interaction entre particules ou champs. En physique, chaque force fondamentale possède sa propre constante de couplage : la force électromagnétique a la constante de structure fine, la force forte a la constante de couplage fort, et la force faible a la constante de Fermi. Ces constantes déterminent la probabilité que des particules interagissent, et elles peuvent varier avec l'énergie en théorie quantique des champs, un phénomène connu sous le nom de couplage courant.

Histoire

Le concept de constantes de couplage est apparu dans les années 1930 avec le développement de l'électrodynamique quantique. La variation des constantes de couplage a été découverte dans les années 1960 et 1970, conduisant au développement de la chromodynamique quantique et du modèle standard.

Comment ça marche

En théorie quantique des champs, les interactions sont décrites par des diagrammes de Feynman où les particules échangent des porteurs de force (photons, gluons, bosons W/Z). La constante de couplage est l'amplitude de probabilité pour qu'une particule émette ou absorbe un porteur de force. À des énergies plus élevées, les fluctuations quantiques peuvent écranter ou anti-écranter la charge, ce qui modifie le couplage effectif. Par exemple, le couplage fort devient plus faible à haute énergie (liberté asymptotique), tandis que le couplage électromagnétique devient plus fort.

En pratique

Les constantes de couplage sont essentielles dans les expériences de physique des particules comme celles du Grand collisionneur de hadrons, où des mesures précises des forces de couplage testent le modèle standard et recherchent une nouvelle physique.

Anecdote

La constante de structure fine, qui mesure la force des interactions électromagnétiques, est approximativement égale à 1/137 et a été appelée « le nombre dont les physiciens aimeraient le plus connaître l'origine ».

Concept graph →

Formules

$$m^* = m - g_\sigma \sigma$$
Nucleon mass is reduced by scalar meson field coupling.
Ce qu'il y a dans la formule
m^*variableEffective nucleon mass in the medium — masse effective kilogram
mvariableBare nucleon mass (in vacuum) — masse kilogram
\sigmavariableScalar meson field expectation value — champ scalaire
g_\sigmaconstanteCoupling constant between nucleons and the scalar sigma meson — constante de couplage = varies (model-dependent)
$$g_{a\gamma} \sim \text{constant}$$
The axion-photon coupling constant sets the conversion probability.
Ce qu'il y a dans la formule
g_{a\gamma}variableAxion-photon coupling constant — constante de couplage
\simopérateurIndicates the left side is of the order of the right side — approximate equality
$$1 = U \chi(\omega)$$
Pairing instability occurs when eigenvalue reaches unity.
Ce qu'il y a dans la formule
UvariableEffective pairing interaction strength — constante de couplage joule metre cubed
χvariablePair susceptibility (response function) — susceptibility per joule per metre cubed
ωvariableFrequency (Matsubara or real) — fréquence angulaire per second
$$\theta = \frac{g_{a\gamma}}{2} \Delta a$$
Axion field difference rotates photon polarization.
Ce qu'il y a dans la formule
\thetavariableRotation angle of photon polarization — angle radian
g_{a\gamma}variableAxion-photon coupling constant — constante de couplage reciprocal gev
\Delta avariableDifference in axion field value — axion field gev
$$\theta_{a,0} = \frac{g_{a\gamma}}{2} \frac{\sqrt{2\rho}}{\mu}$$
Amplitude of axion-induced polarization oscillations.
Ce qu'il y a dans la formule
\theta_{a,0}variableAmplitude of polarization oscillation — angle radian
g_{a\gamma}variableAxion-photon coupling constant — constante de couplage reciprocal gev
\rhovariableLocal axion dark matter density — masse volumique kilogram per cubic metre
\muvariableAxion mass — masse kilogram
$$\sigma = \frac{g_1^2 g_2^2 \mu^2}{\pi m^4}$$
Cross section for contact interaction between particles.
Ce qu'il y a dans la formule
\sigmavariableCross section — section efficace square metre
g_1variableCoupling constant of particle 1 — constante de couplage joule metre
g_2variableCoupling constant of particle 2 — constante de couplage joule metre
\muvariableReduced mass of the two-particle system — masse kilogram
mvariableMass scale (typically the mass of the particles) — masse kilogram

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