Qu’est-ce que la matière ?

 Voilà une question qui  a intrigué les plus  grands esprits et à  laquelle il est bien  difficile de répondre.  Voyons tout d’abord de  quelle façon elle se  manifeste à nous.

 Premièrement nous  constatons que la matière occupe un certain volume de l’espace, volume qui nous est dès lors inaccessible. Nous nous en rendons compte lorsque nous heurtons un objet. La matière est à l’origine de toutes nos sensations.

Pour déplacer des objets matériels, nous constatons expérimentalement qu’il faut leur appliquer des forces, ce qui ne va pas sans une certaine dépense d’énergie.  Plus les objets sont lourds, plus ils sont difficiles à déplacer. Les forces qui s’opposent à leur déplacement sont appelées forces d’inertie. Les objets ont une masse. La force d’attraction que la Terre exerce sur un objet est son poids.

Un principe fondamental, énoncé par Lavoisier, chimiste français (1743 – 1794), est celui de la conservation de la matière. Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. Cependant, depuis les travaux d’Einstein (1879 – 1955), nous savons que matière et énergie sont deux aspects d’une même réalité et que ce principe doit être remplacé par celui de la conservation de la matière + énergie. Ce principe plus général prévaut notamment en physique nucléaire et en physique des particules, où les énergies mises en jeu ne peuvent être négligées par rapport aux masses des constituants étudiés (ou plus exactement du produit de leur masse par le carré de la vitesse de la lumière, E = mc2 ). Toutefois, dans les phénomènes que nous étudierons dans ce cours, nous pourrons admettre que la masse est conservée pour elle-même, de même de l’énergie.


Un principe fondamental, énoncé par Lavoisier, chimiste français (1743 – 1794), est celui de la conservation de la matière. Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. Cependant, depuis les travaux d’Einstein (1879 – 1955), nous savons que matière et énergie sont deux aspects d’une même réalité et que ce principe doit être remplacé par celui de la conservation de la matière + énergie. Ce principe plus général prévaut notamment en physique nucléaire et en physique des particules, où les énergies mises en jeu ne peuvent être négligées par rapport aux masses des constituants étudiés (ou plus exactement du produit de leur masse par le carré de la vitesse de la lumière, E = mc2 ). Toutefois, dans les phénomènes que nous étudierons dans ce cours, nous pourrons admettre que la masse est conservée pour elle-même, de même de l’énergie.

Autre propriété de la matière, elle se manifeste à nous sous d’innombrables formes. Comment retrouver une certaine unité sous la diversité ? L’hypothèse, probablement la plus importante jamais faite, est que la matière est constituée d’entités élémentaires. Ce qui nous apparaît continu n’est en fait pas divisible à l’infini. Historiquement, c’est Démocrite, philosophe grec (460 – 370 av. J.-C.), qui le premier a énoncé que la matière était formée d’atomes (littéralement, qui ne peut être divisé). Il a fallu ensuite attendre près de 2200 ans pour que les progrès de la chimie et de la physique viennent préciser cette hypothèse (Dalton, Avogadro).

Aujourd’hui, on sait que les corps purs sont constitués de molécules toutes semblables et que ces molécules, elles-mêmes sont formées d’atomes, les éléments. Il existe 92 éléments naturels et une quinzaine d’éléments fabriqués artificiellement. La première classification systématique des éléments a été faite, sur la base de leurs propriétés physico-chimiques, par Mendeleïev, physicien russe (1834 – 1887). Plus tard, expliquer cette classification périodique, il a fallu se rendre à l’évidence que les atomes n’étaient pas indivisibles comme le pensait Démocrite, mais qu’ils étaient constitués de particules plus petites, les électrons (Thomson, 1897), entourant un noyau (Rutherford, 1912). Par la suite les noyaux se sont révélés être faits de protons et de neutrons (Chadwick, 1932).

Dans la deuxième moitié du XXe siècle, les expériences faites au moyen de grands accélérateurs de particules ont permis de produire une multitude de nouvelles particules, la plupart ayant une durée de vie éphémère. L’électron est toujours une particule fondamentale, mais le proton et le neutron se sont révélés être des particules composites formées de quarks (hypothèse des quarks, Gell-Mann, 1960). Actuellement (en 2008) avec 12 particules fondamentales le "modèle standard" arrive à rendre compte de toutes les particules observées. En outre, il faut encore mentionner les quatre interactions (électromagnétique, forte, faible, gravitationnelle) et leurs particules associées.

Et la suite ? Selon toute probabilité, elle viendra des résultats attendus auprès du collisionneur de particules LHC2 installé au CERN, le Centre Européen de Recherche Nucléaire, près de Genève. La confirmation expérimentale de l’existence du boson de Higgs devrait nous en apprendre plus sur l’origine de la masse et préciser la nature de la matière.