Quark - Définition
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Introduction
| Quarks | |
| Propriétés générales | |
|---|---|
| Classification | Fermions |
| Composition | Élémentaire |
| Propriétés physiques | |
| Masse | • u : 1,5 à 4,0 MeV.c-2 • d : 4 à 8 MeV.c-2 |
| Charge électrique | • u : +2/3 e : +1,07×10-19 C • d : -1/3 e : -5,34×10-20 C |
| Spin | 1/2 |
| Durée de vie | - |
Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants élémentaires de la matière.
Description
La théorie des quarks a été formulée par le physicien Murray Gell-Mann, qui s'est vu décerner le prix Nobel de physique en 1969.
Le mot quark provient d'une phrase du roman Finnegans Wake de James Joyce : « Three Quarks for Muster Mark ! »
Couleur
Les quarks possèdent également un autre nombre quantique que l'on a nommé charge de couleur. Un quark peut être « rouge », « vert » ou « bleu », mais il peut changer de couleur en échangeant un gluon (voir plus bas).
À chaque quark correspond une antiparticule, nommée anti-quark, de même masse, mais de charge électrique opposée et de charge de couleur complémentaire, appelée anti-couleur : un anti-quark peut ainsi être « anti-rouge » , « anti-vert » ou « anti-bleu ».
La couleur ici est une analogie qui rend compte du fait que l'on n'observe jamais de quark seul. 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 de couleurs différentes : un rouge, un bleu et un vert (ce qui donne un baryon) — qui en synthèse additive des couleurs donnent une lumière blanche — , ou de deux quarks de couleurs complémentaires, comme rouge et anti-rouge (ce qui donne un méson).
La charge « de couleur » est la source de l'interaction nucléaire forte : l'interaction nucléaire entre les nucléons et plus généralement entre les hadrons est dérivée de l'interaction « de couleur ». Comme l'interaction entre atomes et entre molécules est elle-même dérivée de l'interaction électromagnétique entre protons et électrons.
Cette interaction « de couleur » est de type tripolaire, alors que l'interaction électromagnétique est dipolaire (+ et -). C'est ainsi que l'on a choisi de les nommer par rouge-vert-bleu, car comme la neutralité est la norme pour l'électromagnétisme, la résultante neutre « blanche » est la norme pour les particules constituées par cette interaction.
Propriétés
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) :
| Quark | Nom anglais (français) | Fraction de charge électrique élémentaire |
|---|---|---|
| d | Down (Bas) | -1/3 |
| u | Up (Haut) | +2/3 |
| s | Strange (Étrange) | -1/3 |
| c | Charm (Charme) | +2/3 |
| b | Bottom, Beauty (Beau) | -1/3 |
| t | Top, Truth (Top) | +2/3 |
Parenthèse historique
Originellement, les noms des quarks b et t, bottom (« tout en bas ») et top (« tout en haut »), ont été choisis par analogie avec ceux des quarks u (up, « vers le haut ») et d (down, « vers le bas »). Très rapidement, ces quarks ont cependant été renommés en beauty (« beauté ») et truth (« vérité »), noms qui sont devenus les standards. Cependant, l'absence de preuve expérimentale du quark t (mis en évidence seulement en 1994) relança le doute quant à la validité du modèle des quarks, et l'adage « the quark model has no truth » (« le modèle des quarks n'a pas de vérité/n'est pas vrai ») conduit à la raréfaction de l'utilisation du couple de termes beauty/truth en faveur des termes bottom/top initialement introduits. Malgré l'existence avérée du quark t, l'usage actuel privilégie les noms bottom et top.
