Chapitre 4. Diffusion et désintégration

La plus grande partie des mesures en physique des particules émane d’expériences de diffusion ou de processus de désintégration. Pour mieux comprendre comment on peut en tirer les propriétés des particules et leurs interactions, nous présentons, dans ce chapitre, les outils et les techniques nécessaires pour effectuer le calcul de sections efficaces de diffusion et de largeurs de désintégration. Mais, avant d’aborder ces notions, nous introduisons les principales quantités cinématiques associées à une réaction et les méthodes qui permettent de les évaluer aisément. Puis, nous décrivons tour à tour la représentation des interactions en mécanique quantique, la matrice de diffusion S et l’espace des phases, tous des éléments essentiels aux calculs des quantités observables. Notons que pour des raisons pédagogiques, ces calculs sont présentés ici en se basant principalement sur des notions de mécanique quantique. Finalement, la dernière pièce du casse-tête est le calcul des éléments de matrice du processus qui fait appel aux règles de Feynman. Ces règles relèvent d’un outil plus fondamental, la théorie quantique des champs dont le traitement déborde du cadre de cet ouvrage. Pour un survol rapide, le lecteur peut consulter l’annexe D.
Toute réaction est soumise aux lois de conservation de l’énergie et de quantité de mouvement indépendamment des détails des interactions. Il est aussi utile de définir un ou des quantités invariantes de Lorentz, c’est-à-dire qui ne dépendent pas du repère inertiel d…