Famille de 6 particules élémentaires régies par l'interaction forte, de charge
+2/3 ou -1/3, et dont on connait 6 "saveurs" : up, down, charmed, strange, top
et beauty.
Les quarks up et down correspondent aux énergies "classiques", les autres à des
niveaux d'énergie plus élevés : les quarks charm et top sont ainsi des cousins
du quark up, tout comme strange et bottom apparentés au quark down.
Chaque quark est porteur d'une "charge de couleur" (rouge, vert ou bleu pour
les quarks ; cyan, magenta, jaune pour les antiquarks).
Le spin des quarks vaut toujours 1/2.
La théorie qui explique le rôle des quarks est la "chromodynamique quantique".
* Propriétés des quarks :
Nom Masse (GeV) Charge (proton = 1) Spin Découverte
Up 0,003 +2/3 1/2 ???
Down 0,007 -1/3 1/2 ???
Charmed 1,2 +2/3 1/2 1974
Strange 0,1 -1/3 1/2 ???
Top 175 +2/3 1/2 1995
Beauty 4,2 -1/3 1/2 ???
La matière ordinaire est formée de quarks up et down (protons, neutrons).
L'existence de 6 quarks (4 ?) a été postulée en 1966 par Murray Gell-Mann.
L'existence des quarks top et beauty a été prédite en 1972 par Makoto Kobayashi
et Toshihide Masakawa dans le cadre du "mécanisme KM" expliquant la violation de CP.
Le quark charm a été identifié (au CERN ?) en 1974, beauty en 1977 et top en 1994.
Une étude allemande et américaine montre que si les quarks légers (up et down)
qui constituent la matière ordinaire avaient connu une variation même infime de
leur masse, la nucléosynthèse du carbone et de l'oxygène s'en serait trouvée
fortement réduite, compromettant ainsi l'apparition de la vie sur Terre, qui se
base fortement sur ces atomes - encore un argument en faveur du tant discuté
"principe anthropique" [03/2013].
On a observé au cours de diverses expériences des agrégats de 4 ou 5 quarks,
appelés tétraquarks et pentaquarks, même si le doute subsiste quant à savoir
s'il s'agit plutôt d'un assemblage de gluons (en Anglais "glueball") [06/2013].
L'expérience internationale Belle, qui utilise l'accélérateur japonais KEK, a
produit 159 tétraquarks de la forme "Zc(3900)" [08/2013].
Le détecteur LHCb du LHC, au CERN de Genève, a permis de mettre en évidence 4
nouvelles particules, des tétraquarks composés chacun de 4 quarks [05/2021].
En particulier l'étonnant tétraquark "Tcc+", composé de 2 antiquarks up et down
auxquels font face deux quarks "charm", plus lourds que la paire up+down !
Ce déséquilibre rend la désintégration du tétraquark plus compliquée, et donc
plus longue : sa durée de vie est la plus longue connue à ce jour pour un
hadron exotique [07/2021].
Le LHC a découvert 3 nouveaux hadrons "exotiques", deux tétraquarks et un
pentaquark.
Ce bestiaire enrichi permettra de mieux étudier l'interaction forte, la plus
complexes des interactions du modèle standard. En effet, les gluons qui
transmettent cette force portent une charge triple, et non binaire comme une
charge électrique (+ ou -) : ici elle peut être rouge, verte ou bleue.
De plus, ces gluons interagissent entre eux mais aussi avec les quarks !
Observer de nouveaux tétraquarks et pentaquarks permet donc d'accéder à des
combinaisons originales et d'affiner les calculs.
Il existe en effet deux modèles pour décrire la formation d'un tétraquark :
le premier postule que le tétraquark est formé de deux paires de quarks
légèrement liées par l'interaction forte ; le second modèle décrit ces quatre
particules comme formant un seul état compact [09/2022].
Synonyme : tétraquark, pentaquark.
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