L'Univers dans son intégralité est soumis aux forces fondamentales. Elles permettent tout dans l'Univers et sont origine de tout. Supprimer l'une d'entre elles et... a plus d'Univers.
Il existe 4 forces fondamentales, également appelées interactions élémentaires et interactions fondamentales, qui gouvernent le monde subatomique. Cependant, le terme de "force" n'est pas vraiment approprié ici car la gravitation n'est pas à proprement parlé une force car elle résulte de la courbure de l'espace-temps. Il est alors préférable d'utiliser le terme d'interactions.
Quatre interactions élémentaires sont responsables de tous les phénomènes physiques observés dans l’Univers, chacune se manifestant par une interaction dite fondamentale, on a :
L'interaction nucléaire forte
L'interaction nucléaire forte permet la liaison des nucléons, grâce aux gluons. En effet, puisque le noyau d'un atome est constitué de particules de même charge, les protons devraient se repousser selon le principe de la répulsion électrostatique, et pourtant il est difficile de les séparer. Les particules qui sont soumises à cette force sont appelées les "hadrons" (souvent instables). Les particules de matière qui n'y sont pas sensibles sont appelées "leptons".
Fondamentalement, les gluons lient les quarks comme des élastiques.
L'interaction nucléaire faible
L'interaction nucléaire faible permet la désintégration radioactive des particules subatomiques, notamment la radioactivité Bêta plus ou moins (β+ ; β-). La radioactivité β- émet un électron et un antineutrino accompagnant la transformation d'un neutron en proton. Au contraire, la radioactivité β+ est la transformation d'un proton en un neutron avec émission d'un positron et d'un neutrino. Les particules qui médiatisent cette force sont les bosons intermédiaires W+, W- et Z0.
Pour être plus rigoureux, il ne s'agit pas d'une transformation soudaine d'un neutron en un proton, il s'agit en réalité de la transformation d'un quark down en un quark up qui a pour effet de muter le neutron en un proton. En effet, le proton est composé d'un triplet de particules élémentaires appelées "quarks" de différentes saveurs. Dans le cas du proton on a le triplet (uud), et dans le cas du neutron on a (udd).
L'électromagnétisme
L'électromagnétisme permet tous les phénomènes magnétiques et électriques grâce notamment aux photons. C'est grâce à elle que la technologie moderne peut fonctionner, et, plus fondamentalement, elle assure la cohésion des atomes et molécules et gouverne toutes les réactions chimiques au moyen de la répulsion/attraction électrostatique. Enfin, comme le nom l'indique, elle est également responsable du magnétisme, et nous protège ainsi des rayonnements dangereux du Soleil au moyen de la magnétosphère (résultant de la création de courants électriques engendrés par la rotation de la Terre).
L'électromagnétisme est responsable du fait que les électrons restent en orbite autour du noyau d'un atome, mais qu'est-ce qu'à faire le photon dans cette histoire ? En effet, cette interaction fondamentale est le résultat d'interactions au travers du photon, sa particule "médiatrice", et pourtant on ne détecte pas de photons à l'intérieur même d'un atome... En réalité, ils sont bel et bien là. Les électrons restent en orbite grâce à l'échange constant de photons virtuels indétectables entre les différentes particules. En bref, les particules virtuelles sont des particules qui n'existent que pour un très court laps de temps (inférieur au temps de Planck, limite de la quantité physiquement mesurable de temps).
Ce photon virtuel est également responsable des champs magnétiques, et le spin de chaque particule est responsable de l'orientation et de l'angle du champ.
La gravitation
La gravitation (elle ne peut pas être désignée en tant que force) régit les grandes structures de l'Univers. Elle est, entre autres, responsable de la sphéricité des corps célestes, ou du fait qu'une pomme tombe d'un arbre, plutôt que de s'envoler dans le ciel. En savoir plus ?