Nous expliquons ce que sont les quarks, comment ils ont été découverts et quel est le modèle des quarks. Aussi, d'autres particules subatomiques.
Les quarks sont des particules plus petites que les neutrons et les protons.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 le la matière de noyaux atomiques. Son nom vient du roman Le sillage de Finnegan par l'auteur irlandais James Joyce.
Les quarks sont les particules dont protons Oui neutrons ils sont fabriqués, ainsi que d'autres types de minuscules particules appelées hadrons.
Ces termes peuvent prêter à confusion, mais vous n'avez pas besoin de les comprendre à un tel niveau technique pour savoir ce qu'est un quark : les plus petites particules du quark. la matière, qui interagissent librement avec les quatre forces physiques élémentaires : Force gravitationnelle, force électromagnétique, force nucléaire forte et force nucléaire faible.
Avec les leptons, les quarks sont les éléments constitutifs mêmes de la matière. De même qu'il y a de la matière et antimatière, il existe aussi des quarks et des antiquarks.
En outre, 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. .
Découverte des quarks
Pendant de nombreuses décennies, on a supposé que les protons, les neutrons et électrons ils étaient les particules fondamentales de la matière, c'est-à-dire que rien ne pouvait exister plus petit qu'eux.
Cependant, l'étude des nucléons (neutrons et protons, habitants du noyau de la atome) a montré que leur taille était bien supérieure à celle des électrons et qu'on pouvait supposer qu'ils seraient à leur tour constitués de quelque chose de plus petit et de 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 que de manière totalement indépendante. Ces scientifiques ont observé la nécessité pour les quarks d'exister en raison de la nature de l'interaction forte entre les particules du noyau atomique.
De plus, nombre de ses propriétés étaient inexplicables à moins qu'il n'y ait structure interne à l'intérieur des protons et des neutrons. Ainsi, l'existence de trois particules plus petites, appeléesquorks (ensuitequarks, bien que Zweig ait initialement proposé le nomas ou "as"), qui aurait uncharge électrique 1/3 et 2/3 de charge.
Cette hypothèse a été testée expérimentalement au SLAC (Centre d'accélérateur linéaire de Stanford ou "Stanford Center for Linear Accelerator" dans les années suivantes. Mais l'expérience a montré 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 1990.
Modèle de quark
Chaque type de quark a des caractéristiques spécifiques.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 (appelée « modèle des quarks »), qui établit six types différents de quarks (ou les saveurs, « Saveurs »), chacune dotée d'un « nombre quantique » qui définit sa charge électrique :
- Au dessus (en haut). Doté d'un isospin +1/2 comme nombre quantique.
- Au dessous de (vers le bas). Doté d'un isospin -1/2 comme nombre quantique.
- Charme (charme). Doté d'un charme +1 en tant que nombre quantique.
- Étrange (étrange). Doté d'une étrangeté -1 comme nombre quantique.
- Arrêter (Haut) ou la vérité (vérité). Doté d'une supériorité (topness) +1.
- Bas (bas) ou beauté (beauté). Doté d'une infériorité (fond) -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 la somme de leurs charges donne des nombres entiers, ils forment des hadrons.
A cela, il faut ajouter, cependant, que les quarks peuvent avoir trois autres types de charge, qui est le "Couleur”. Il ne s'agit pas vraiment de la couleur, cependant, mais c'est le nom que les scientifiques ont donné à cette propriété qui est un type d'affinité, responsable de la forte attraction nucléaire (à travers une énième 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 l'interaction 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 :
- Fermion. Avec les bosons, ce sont les particules fondamentales de la matière, caractérisées par un spin semi-entier ou un moment angulaire (1/2, 3/2, etc.). Il n'existe que deux types de fermions : les quarks et les leptons.
- Leptons Il s'agit d'un type de fermion, doté d'un demi-spin (soit + soit -) et qui ne subit 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 ont une charge 0.
- les bosons. Avec les fermions, ce sont les particules fondamentales de la matière, caractérisées par un spin entier (0, 1, 2, etc.) et non conformes au 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 des 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, extrêmement instables.