Un modèle naïf de la physique des quarks.

    Vous pouvez visualiser des modèles simples, dans le plan, de proton et méson formés de quarks en mouvement (3 quarks pour le proton, un quark et un antiquark pour le méson). Ces modèles sont loin de la réalité, mais ils ont le mérite d’en donner une image, ce qui est nécessaire pour concevoir cette réalité. L’étape suivante, réservée aux chercheurs, est d’introduire la mécanique quantique, la relativité, etc….

    La force d’attraction entre les quarks  est « harmonique »: attractive et proportionnelle a leur distance. Il est nécessaire de limiter la portée de ces forces harmoniques, pour qu’elles ne soient pas infinies à l’infini: au delà d’une certaine distance, la force est nulle. Dans deux modèles »classiques » la distance limitant  la portée est  soit la distance entre quarks, soit  la distance du quark au centre de gravité du proton ou méson; dans un modèle quantique, la position des quarks change a tout instant, au gré d’une fonction d’onde que nous supposons ici uniforme et nous n’allons pas très loin dans ce modèle.
     Dans tous les cas, le moment angulaire orbital est supposé nul. Les quarks sont « colorés », et les forces sont symbolisées par des élastiques ayant deux couleurs. Le proton et le méson, qui sont des « hadrons » (particules formées de quarks et détectables par nos appareils) doivent être neutres de couleur: trois couleurs différentes pour le proton, une couleur et une anti-couleur pour le méson.
    Nous proposons un modèle très simple de diffusion de deux de ces particules (proton sur proton, méson sur proton): les quarks de deux différents hadrons (proton ou méson) s’attirent quand les particules sont plus proches qu’une distance égale a la portée du potentiel expliqué plus haut. On peut suivre la réaction aussi bien dans le référentiel du centre de masse que dans celui du laboratoire où la cible est fixe, et voir les statistiques sur l’angle de déviation de la particule projectile (angle de diffusion); on est ainsi dans les conditions d’une expérience.
Enfin, on peut assister à la génération de hadrons  à partir d’une paire quark-antiquark, ces particules appartenant à deux hadrons qui se heurtent à très haute énergie.
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Publié par

Benoît Delcourt

Professeur d'Université à Paris XI, centre d'Orsay. Spécialité de recherche: la physique expérimentale des particules élémentaires. Après une thèse sur la photoproduction du méson éta, j'ai participé aux expériences sur les anneaux de collision ACO et DCI, puis sur une expérience d'annihilation p-pbar au CERN, enfin à l'epérience H1 à Hambourg. Je tiens à rendre hommage à mes maîtres, aujourd'hui disparus: Jean Pérez-Y-Jorba et Jean-Claude Bizot.