Nous expliquons ce que sont les quarks, comment ils ont été découverts et quel est le modèle des quarks. Aussi, d’autres particules subatomiques.
Que sont les quarks ?
Les quarks ou quarks sont un type de particule subatomique élémentaire , qui entre dans la catégorie des fermions , et dont les interactions fortes constituent la matière des noyaux atomiques. Son nom vient du roman Finnegan’s Wake de l’auteur irlandais James Joyce.
Les quarks sont les particules dont sont constitués les protons et les neutrons , ainsi que d’autres types de minuscules particules appelées hadrons.
Ces termes peuvent être déroutants, mais vous n’avez pas besoin de les comprendre à un tel niveau technique pour comprendre ce qu’est un quark : les plus petites particules de matière , qui interagissent librement avec les quatre forces physiques élémentaires : force gravitationnelle , force électromagnétique, forte force nucléaire et force nucléaire force nucléaire faible.
Avec les leptons, les quarks sont les éléments constitutifs mêmes de la matière. De même qu’il existe de la matière et de l’antimatière , il existe aussi des quarks et des antiquarks.
De plus, il existe six types ou « saveurs » de quark. Ainsi, tous les mésons et baryons de la matière, soit plus de 200 particules subatomiques différentes, peuvent être construits en combinant trois quarks (ou antiquarks) différents (baryons), ou un quark-antiquark (mésons), unis par des interactions fortes.
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découverte des quarks
Pendant de nombreuses décennies, on a supposé que les protons, les neutrons et les électrons étaient les particules fondamentales de la matière, c’est-à-dire que rien ne pouvait exister plus petit qu’eux.
Or, l’étude des dits nucléons (neutrons et protons, habitants du noyau de l’ atome ) a montré que leur taille était bien supérieure à celle des électrons et que cela pouvait signifier qu’ils seraient à leur tour constitués de quelque chose plus petit et plus simple. Les quarks sont venus répondre à cette question.
Simultanément, ils ont été proposés en 1964 par Murray Gell-Mann et George Zweig , bien qu’en toute indépendance. Ces scientifiques ont noté la nécessité pour les quarks d’exister en raison de la nature de la forte interaction entre les particules dans le noyau atomique.
De plus, nombre de ses propriétés étaient inexplicables s’il n’y avait pas de structures internes dans les protons et les neutrons. Ainsi, l’existence de trois particules plus petites, appelées quorks (plus tard quarks , bien que Zweig ait initialement proposé le nom d’ as ou « as »), qui auraient une charge électrique de 1/3 et 2/3 de charge, a été proposée.
Cette hypothèse a été vérifiée expérimentalement au SLAC ( Stanford Linear Accelerator Center ou « Stanford Linear Accelerator Center) dans les années suivantes. Mais l’expérience a souligné qu’il n’y avait pas trois mais six particules qui pouvaient constituer des protons et des neutrons. Pour cette découverte, Taylor, Kendall et Friedman ont remporté le prix Nobel de physique en 1990 .
modèle de quark
Dans le modèle standard de la matière que nous traitons aujourd’hui, les quarks occupent la place la plus simple dans la matière.
Selon le type de quarks que nous combinons, nous pouvons obtenir différents types de particules, selon la règle de classification des hadrons (le soi-disant « modèle des quarks »), qui établit six types différents de quarks (ou saveurs , « saveurs ») , chacun doté d’un « nombre quantique » qui définit sa charge électrique :
- Haut ( haut ). Doté d’un isospin +1/2 comme nombre quantique.
- Bas ( bas ). Doté d’un isospin -1/2 comme nombre quantique.
- Charme ( charme ). Doté d’un charme +1 comme nombre quantique.
- étrange ( étrange ). Doté d’une étrangeté -1 comme nombre quantique.
- Tope ( haut ) ou vérité ( vérité ). Doté d’une supériorité ( topness ) +1.
- Arrière-plan ( bas ) ou beauté ( beauté ). Doté d’une infériorité ( bottomness ) -1.
Tout cela peut sembler très étrange et sembler sortir d’un jeu vidéo, mais cela a du sens dans le modèle des quarks, si nous pensons que ces minuscules particules se réunissent en triplets ou en triades pour former différents types de particules subatomiques plus grosses.
Lorsque leurs charges totalisent des nombres entiers, ils forment des hadrons.
Il faut ajouter à cela, cependant, que les quarks peuvent avoir trois autres types de charge, qui est la « couleur » . Ce n’est pas vraiment une question de couleur, mais c’est le nom que les scientifiques ont donné à cette propriété qui est un type d’affinité, responsable d’une forte attraction nucléaire (via encore une autre particule appelée « gluons »).
Ces couleurs peuvent être bleues, vertes ou rouges, et c’est ce qui distingue, par exemple, les neutrons et les protons des électrons (particules de type lepton), puisque ces derniers ne sont pas constitués de quarks et ne ressentent pas l’interaction nucléaire forte mais la faible .
Selon ce modèle, les particules fondamentales de la matière sont les quarks et les leptons .
Autres particules subatomiques
Les autres types de particules subatomiques sont :
- Fermions. Avec les bosons, ce sont les particules fondamentales de la matière, caractérisées par un spin semi-entier ou un moment cinétique (1/2, 3/2, etc.). Il n’y a que deux types de fermions : les quarks et les leptons.
- leptons. Ils sont de type fermion, dotés de spin ½ (soit + soit -) et ne subissent pas, contrairement aux quarks, l’interaction nucléaire forte de la matière. Il existe six types de leptons : les électrons, les muons, les taus, les neutrinos électroniques, les neutrinos muoniques et les neutrinos tau. Les trois premiers ont une charge électrique +1 ou -1, et les autres une charge 0.
- Bosons. Avec les fermions, ce sont les particules fondamentales de la matière, caractérisées par un spin entier (0, 1, 2, etc.) et ne respectant pas le principe d’exclusion de Pauli. Des exemples de bosons sont les photons, les gluons ou les gravitons, c’est-à-dire les particules qui impliquent les forces connues.
- Mésons. Ce sont des bosons, c’est-à-dire des hadrons de spin entier 0 ou 1, qui répondent à l’interaction nucléaire forte, ils sont donc constitués de quarks, selon l’état quark-antiquark.
- Baryons. Ils sont composés de trois quarks et leurs exemples les plus représentatifs sont le neutron et le proton, bien qu’il existe aussi d’autres types, très instables.
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