Quark top

Le quark top (souvent abrégé en quark t) est un quark, une particule élémentaire de la physique des particules.

Comme tous les quarks, le quark top est un fermion. Il s'agit d'un quark de 3 génération possédant une charge électrique de ⅔ e, le quark le plus massif avec une masse de 170,9 ± 1,8 GeV.c (presque autant qu'un atome d'or qui contient 79 protons , 118 neutrons et 79 électrons soit 183,5 GeV.c).

L'antiparticule du quark top est l'antiquark top, de charge électrique -⅔ e.

Le quark top interagit principalement par l'intermédiaire de l'interaction forte mais ne peut se désintégrer que par celle de l'interaction faible, presque exclusivement en un boson W et un quark bottom. Le modèle standard lui prédit une durée de vie d'environ 10s, soit environ 20 fois moins que l'ordre de grandeur des durées des interactions fortes. En conséquence, le quark top n'hadronise pas.

Dans les années précédant la découverte du quark top, on réalisa que certaines mesures de précision des masses et des couplages des bosons vecteurs de l'interaction électrofaible étaient très sensible à la valeur de la masse du quark top. Ces effets permirent la détection indirecte du quark top, même si celui-ci ne pouvait pas être produit à l'époque. Ces effets conduisirent Gerard 't Hooft et Martinus Veltman à prédire en 1994 une masse du quark top comprise entre 145 et 185 GeV (ce qui leur valut en partie le prix Nobel de physique en 1999).

Le quark top fut directement observé par les expériences CDF en 1994 puis DØ en 1995, au Tevatron (Fermilab) ; à ce jour (2007), il s'agit du seul endroit au monde où la particule peut être produite (par milliers en un an), par des collisions proton-antiproton à une énergie de 1,8 TeV. Le quark top apparait en compagnie de son antiparticule et se désintègre immédiatement en un quark b et un boson W , lequel se désintègre à son tour en positon et neutrino électronique ou en muon et neutrino muonique.

Après la découverte de l'autre quark de 3 génération (le quark bottom) en 1977, une tentative fut faite pour les nommer « beauté » et « vérité » ; cet usage ne se maintint pas et les quark furent nommés bottom et top.

Douze ans après sa découverte le quark top est l'un des sujets d'étude de la physique des hautes énergies (physique Terascale) . Pourquoi est-il si massif ? Que peut-il nous révéler des origines de la masse des particules ? Sa masse est reliée par les mathématiques à celle du boson de Higgs. La mesure de la masse du quark top doit être précisée (actuellement précision de 1 %). Il est bien entendu que massif ne veut pas dire étendu. Sa durée de vie ne lui permet pas de participer au confinement.

Le Large Hadron Collider (LHC , CERN , Suisse) devrait produire 7 fois plus de quark top que le Tevatron (par millions).