• JC Duval

Qu'est ce qui lie les quarks entre eux ?


Ils sont tout petits,

mais il faut être sacrement costaud pour les contenir.

 

L'interaction forte


L'interaction nucléaire forte explique la cohésion d’un hadron, par exemple un proton ou un neutron. Ce sont les gluons qui obligent les quarks à se confiner.

Cette liberté toute relative au sein du hadron, est dite asymptotique car les gluons agissent comme des élastiques qui attacheraient les quarks. Lorsqu'ils s'éloignent, les élastiques se tendent et les forces augmentent pour les amener à se rapprocher.

 

La charge de couleur


La «couleur» des quarks et des gluons n'a rien à voir avec notre perception visuelle des couleurs. C'est le nom d'une propriété qui ne se manifeste qu'au niveau du noyau atomique.

En physique des particules, la charge de couleur est une propriété des quarks et des gluons dont les interactions sont décrites dans le cadre de la QCD ou chromodynamique quantique.


Ainsi à un instant donné, un quark porte une charge parmi 3 couleurs possibles RVB, Rouge, Vert ou Bleu et un anti-quark porte une charge parmi 3 anti couleurs possibles, anti rouge, anti vert et anti bleu, représentés aussi par CMJ, Cyan, Magenta et Jaune.

Un gluon quant à lui, porte une charge de couleur et une charge d’anti couleur. La combinaison (Rouge, Magenta) peut être par exemple portée par le gluon.

Les 8 états pour 1 gluon.

A priori, un gluon pourrait porter la charge de couleur/anti-couleur d’une combinaison linéaire relative à l’un des 9 états propres disponibles - RC, RM, RJ, VC, VM, VJ, BC, BM, BJ, mais ces états ne sont pas tous indépendants.

En effet, si les gluons interagissent avec les quarks, ils interagissent aussi entre eux, ce qui au final réduit de 1 le nb de degrés de liberté. Dans un contexte QCD, il n'y a donc plus que 8 degrés de liberté possibles, donc 8 états possibles et indépendants.

 

Les hadrons sont de couleur neutre


On dit encore que les hadrons sont ‘blancs’ ou 'incolores'. Les particules chargées de couleur ne peuvent pas exister individuellement.

C'est pour cette raison que les quarks, qui portent une charge de couleur, sont confinés en groupe pour former les particules appelées hadrons.

L'association des couleurs.

Jusqu'au développement de la théorie des quarks dans le Modèle Standard, les physiciens étaient dans l'incapacité d'expliquer pourquoi les quarks ne se combinaient qu'en baryons (particule contenant trois quarks), et en mésons (particule contenant un quark et un antiquark) et non, par exemple, en particules composées de 2 quarks.

On comprend mieux pourquoi seules certaines combinaisons sont possibles. Elles se doivent d'être de couleur neutre. Des particules comme ud ou dd - qui ne peuvent pas être combinées en un état de couleur neutre - n'ont jamais été observées.

Les quarks sont les composants des hadrons.
 

Conservation de la charge de couleur


Le principe est de toujours conserver la charge de couleur. Ainsi quand un quark émet ou absorbe un gluon, sa couleur change.

Par ex, un quark Rouge se transforme en quark Bleu en émettant un gluon RJ pour qu'au final la couleur de base soit toujours Rouge.

Changement de couleur des quarks suite à l’interaction d’un gluon.
Echange de gluons avec changement de couleur des quarks d'un neutron.
 

Les quarks sont grégaires ...


Au sein du noyau, un quark ne peut jamais se retrouver seul selon la sacro-sainte règle de la charge de couleur qui dit qu'un hadron est nécessairement de couleur neutre. Aussi lorsqu'une liaison entre 2 quarks se rompt, c'est comme s'il y avait une duplication.

On peut prendre comme analogie une barre aimantée. Si vous la couper, vous aller obtenir 2 barres, chacune avec son pôle nord et son pôle sud.

 

Les quarks (Source : ScienceClic)


Histoire des premiers atomes

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