Quarks | |
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Propriétés générales | |
Composition | Élémentaire |
Classification | Fermions |
Propriétés physiques | |
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) | • u : 1,5 à 4,0 MeV.c-2 • d : 4 à 8 MeV.c-2 |
Charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) | • u : +2/3 e : +1,07×10-19 C • d : -1/3 e : -5,34×10-20 C |
Spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) | 1/2 |
Durée de vie (La vie est le nom donné :) | - |
Les quarks sont des fermions que la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants élémentaires de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...).
La théorie des quarks a été formulée par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...) Murray Gell-Mann (Murray Gell-Mann (1929) est un physicien américain. Il est surtout connu pour ses travaux sur...), qui se mérita ainsi le prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les...) en 1969.
Ces particules de spin 1/2 sont de six sortes, appelées saveurs, auxquelles on a donné des noms poétiques. Les noms anglais restent plus utilisés. Les quarks ont pour particularité de posséder une charge électrique fractionnaire de la charge électrique élémentaire (celle de l'électron) :
Nom du quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie...) | Fraction de charge électrique élémentaire |
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Down (Bas) | -1/3 |
Up (Haut) | +2/3 |
Strange (Étrange) | -1/3 |
Charm (Charme) | +2/3 |
Bottom/Beauty (Beauté) | -1/3 |
Top/Truth (Vérité) | +2/3 |
Les quarks possèdent également un autre nombre quantique (Un nombre quantique est, en mécanique quantique, un élément d'un jeu de nombres permettant de...) que l'on a nommé charge de couleur (En physique des particules , la charge de couleur est une propriété des quarks et des gluons qui...). Un quark peut être[1] " rouge ", " vert " ou " bleu ", mais il peut changer de couleur en échangeant un gluon (Le gluon est le boson responsable de l'interaction forte. Les gluons confinent les quarks ensemble,...) (voir plus bas).
À chaque quark correspond une antiparticule (A chaque type de particule correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l'électron est...), nommée anti-quark, de même masse, mais de charge électrique opposée et de charge de couleur complémentaire, appelée anti-couleur[2] : un anti-quark peut ainsi être " anti-rouge " , " anti-vert " ou " anti-bleu ".
Le terme de couleur n'a ici rien à voir avec son sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) usuel, c'est une analogie. Il n'a cependant pas été choisi au hasard : en effet, il rend compte du fait que l'on n'observe jamais de quark seul. On explique ça en terme de couleur : à cause du phénomène de confinement des quarks, on ne peut observer que des particules "blanches", c'est-à-dire formée par exemple de trois quarks rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...), bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...) et vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...) (ce qui donne un baryon) —qui en synthèse additive des couleurs donnent une lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) blanche—, ou de deux quarks de couleurs complémentaires, comme rouge et anti-rouge (ce qui donne un méson).
À l'instar des leptons, les quarks du modèle standard peuvent être groupés par génération :
Génération | Particule de charge fractionnaire -1/3 | Particule de charge fractionnaire +2/3 |
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1re génération | Down | Up |
2e génération | Strange | Charmed |
3e génération | Bottom | Top |
La première génération de quarks constitue la " matière ordinaire " (les neutrons (de charge électrique nulle) sont constitués de deux quarks Down et d'un quark Up, et les protons sont formés de deux quarks Up et d'un quark Down). Les quarks de deuxième et troisième générations sont plus lourds, moins stables, et se désintègrent en quarks de première génération.
Les hadrons (particules lourdes) sont constitués de quarks, comme l'ont supposé Gell-Man et Néman en 1964 par des considérations de symétries liées à des matrices 3x3 opérant sur un C-ev. L'hypothèse des quarks a été confirmée par une étude de la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) rapide des électrons sur des nucléons, diffusion qui fit apparaître 3 centres diffuseurs (Feynman en 1968). Les quarks ont cette caractéristique que l'on ne les observe jamais seuls. En effet, ils sont toujours groupés de telle sorte que :
Les quarks ne peuvent exister de manière isolée (phénomène de confinement) et s'assemblent ainsi en hadrons. Il en existe deux sortes principales :
D'autres assemblages de quarks, tels les pentaquarks, formés de cinq quarks (deux paires Up-Down et un anti-Strange) ce qui désigne en fait 4 quarks et un antiquark, sont en principe possibles et auraient été observés en 2003[3] mais leur existence reste controversée[4].
Les quarks interagissent par l'intermédiaire de l'interaction forte, décrite par la chromodynamique quantique (La chromodynamique quantique (ou QCD, de l'anglais Quantum ChromoDynamics), est une théorie...) qui a une structure voisine, mais plus compliquée[5], de celle de l'électrodynamique quantique (L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique ayant pour but de concilier...). La charge de couleur pour l'interaction forte joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) alors un rôle analogue à celui de la charge électrique pour l'interaction électromagnétique.
Le proton est un baryon (Un baryon est, en physique des particules, une catégorie de particules, dont les...) constitué de deux quarks up et d'un seul quark down. Sa charge électrique est de : 2/3 + 2/3 - 1/3 = 3/3 soit +1.
Le neutron est aussi un baryon composé de deux quarks down et d'un seul quark up. Il est donc neutre.
Le fait que l'on ne puisse pas isoler de quark rend la mesure de leur masse extrêmement approximative (voir les fourchettes d'erreur sur le tableau). Il n'est même pas clair que la notion de masse d'un quark ait un sens bien défini.
Les médiateurs de l'interaction forte sont nommés gluons. À la différence de l'électrodynamique (L'électrodynamique est la discipline physique qui étudie et traite des actions dynamiques entre...) quantique dans laquelle les photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) sont neutres électriquement, les gluons sont également colorés et interagissent donc entre eux. Ils sont au nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de 8 ce qui correspond à la dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une...) du groupe SU(3) utilisé pour décrire mathématiquement l'interaction forte.
Le mot quark provient d'une phrase du roman Finnegans Wake de James Joyce : " Three Quarks for Muster Mark! ".
Masses des quarks; les masses indiquées des quarks U et D sont uniquement issues de l'influence du champs de Higgs ! On prend en compte également l'influence du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de gluons qui est responsable de près de 300 MeV.c-2... En effet quand on divise la masse d'un nucléon (Le terme nucléon désigne de façon générique les composants du noyau...) par 3 (nb de quarks) on trouve bien 300 MeV.c-2 et non seulement 4 à 8 MeV.c-2 pour D et 1,5 à 4 MeV.c-2 pour U.