Quark (particule)
Les quarks sont des fermions et considérés comme les constituants ultimes de la matière dans le cadre de la théorie du modèle standard.
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Description
La théorie des quarks a été inventée par le physicien Murray Gell-Mann, qui reçut pour l'occasion le prix Nobel de physique en 1969.
Ces particules de spin 1/2 sont de six sortes, appelées saveurs, auxquelles on a donné des noms pleins de poésie :
- le quark Bas (charge électrique: -1/3)
- le quark Haut (charge électrique: +2/3)
- le quark Etrange (charge électrique: -1/3)
- le quark Charme (charge électrique: +2/3)
- le quark Beauté (ou bottom) (charge électrique: -1/3)
- le quark Vérité (ou top) (charge électrique: +2/3)
Les quarks possèdent également une autre propriété que l'on a nommée, faute de mieux, charge de couleur. Un quark peut être « rouge », « vert » ou « bleu », mais il peut changer de couleur en échangeant un gluon.
Chaque quark a son 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 ».
Notion de hadron
Les quarks ont cette caractéristique que l'on ne les observe jamais seuls. En effet, ils sont toujours groupés de telle sorte que :
- la somme de leur charge électrique est entière (en général 0, comme pour le neutron, et 1, pour le proton. On rapelle que l'électron n'est pas composé de Quarks).
- la somme de leur charge de couleur est blanche (Selon les règles de la synthèse additive des couleurs, c’est-à-dire composé de quarks des trois couleurs. Mais il est aussi possible de trouver des paires Quarks-Anti-Quarks, de couleurs complémentaires qui s'annulent).
Les quarks s'assemblent ainsi en hadrons. Il en existe deux sortes principales :
- assemblage d'un quark et d'un anti-quark : les mésons ;
- assemblage de trois quarks de couleurs différentes : les baryons .
Mais d'autres assemblages de quarks, tels les pentaquarks, sont possibles.
Le proton est un baryon 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.
Notion de gluon
La force qui maintient les quarks groupés entre eux s'appelle l'interaction forte. Le médiateur de cette force est nommé gluon. Les gluons sont colorés, à partir de couleurs et d'anticouleurs. 8 mélanges sont possibles, correspondant à 8 sortes de gluons.
Étymologie
Le mot quark provient d'une phrase du roman Finnegans Wake de James Joyce : « Three Quarks for Muster Mark! ».