LE QUARK (Sciences et Techniques)

« Dans les années 60, grâce au développement des accélérateurs, la liste des nouvelles particules subatomiquesdécouvertes par les physiciens s'allongea remarquablement.

Il devint par conséquent important de comprendres'il existait une structure ordonnée dans laquelle on pût les placer.

C'est ce que firent en 1968 Sheldon Glashow,Abdus Salam et Steven Weinberg avec le « modèle standard », qui jusqu'à présent rend compte desobservations expérimentales.

Dans la théorie de Glashow, Salam et Weinberg, les particules et les forcesobservées dans la nature s'obtiennent en combinant peu d'ingrédients.

Les entités élémentaires sont les quarkset les leptons.

Les particules qui transportent les forces fondamentales contre le photon pour la forceélectromagnétique, les bosons W +, W - et Z 0 pour la force faible, les gluons pour l'interaction forte.

Le modèle standard ne fait pas de prévisions concernant l'interaction gravitationnelle, mais l'on suppose qu'il existe uneparticule supplémentaire, le graviton, à laquelle est associée le champ gravitationnel. En 1974, Burton Richter et Sam Ting découvrirent un quatrième quark, appelé « charmé », prévu par Glashow,Illiopulos et Luciano Maiani.

En 1977, l'équipe du Fermilab (Illinois) mit en évidence un cinquième quark, appelé« bottom ».

Neuf ans plus tard, les chercheurs du CERN de Genève, sous la direction de Carlo Rubbia,observèrent pour la première fois les trois particules responsables de l'interaction faible, W +, W - et Z 0.

Enfin, en 1994, les physiciens du Fermilab annoncèrent qu'ils avaient capturé le dernier des éléments du modèlestandard, le quark « top ». CLASSIFICATION DES PARTICULES Pour pouvoir comprendre les relations existant entre les nombreuses particules subatomiques, il est nécessaireavant tout de les cataloguer sur la base de leurs caractéristiques, telles que la masse atomique, la chargeélectrique et le spin. La masse d'une particule varie selon son état de mouvement.

Dans le cas des particules élémentaires, on faittoutefois référence à leur masse au repos.

Il existe des particules relativement lourdes, comme la particule t, dont la masse de repos est de 1 850 MeV, et d'autres particules telles que le photon, dont la masse au repos estégale à zéro.

Même si cela peut sembler paradoxal, ces objets ne sont jamais au repos, car leur masse nulleimplique qu'ils se meuvent toujours à la vitesse de la lumière, selon la théorie de la relativité restreinte. La charge électrique unitaire est par convention celle de l'électron, à laquelle on assigne une valeur négative (-1).Dans la nature, la charge électrique est toujours un multiple entier de cette valeur unitaire. Le spin des particules peut prendre des valeurs multiples de 1/2.

C'est ainsi que le photon a un spin 0, l'électron,le proton et le neutron un spin 1/2, et qu'il existe des particules ayant un spin 3/2 ou 2. C'est sur la base de la valeur du spin, que l'on opère une première division fondamentale des particules en deuxclasses : d'une part les particules ayant un spin entier (0, 1 ou 2), qui sont appelées bosons, du nom du physicienindien Satyendre Nath Bose, et d'autre part, les particules caractérisées par un spin semi-entier (1/2 ou 3/2), quisont appelées fermions, du nom d'Enrico Fermi.

Les bosons et les fermions se comportent d'une façon trèsdifférente.

Les fermions sont sujets au principe d'exclusion de Pauli selon lequel deux particules identiques despin semi-entier ne peuvent occuper le même état quantique. Une classification appropriée des particules subatomiques nécessite la connaissance des interactionsfondamentales auxquelles lesdites particules participent.

La force gravitationnelle interagit avec toutes lesparticules dotées d'énergie, y compris les particules dépourvues de masse de repos.

L'interaction faible elleaussi opère sur toutes les particules.

L'interaction électromagnétique n'agit en revanche que sur les particulesporteuses d'une charge électrique non nulle ou moment magnétique.

Enfin, l'interaction forte, introduite pourexpliquer la coexistence de protons et de neutrons dans les noyaux atomiques n'agit que sur une classeparticulière de particules, dites hadrons.

L'ensemble des particules non sujettes à l'interaction forte prend le nomde leptons.. »