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BA3-physique -2009-2010C. Vander Velde 1 V. Le modèle des quarks PHYS-F-305.

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1 BA3-physique C. Vander Velde 1 V. Le modèle des quarks PHYS-F-305

2 C. Vander Velde2 BA3-physique Contenu du chapitre V V.1. Rappel V.2. Classification des particules V.3. Découverte de l’  - (1964) V.4. Le modèle des quarks (1964) V.5. Les résonances V.6. Conclusions provisoires V.7. Les expériences de diffusion V.8. Un 4 ème quark : le quark c V.9. La 3ème génération V.10. Résumé

3 C. Vander Velde3 BA3-physique V.1. Rappel Au début des années 60, la physique des particules se trouve devant une multitude de particules supposées élémentaires : Elle attendait un moyen de mettre de l’ordre dans tout cela pour tenter de comprendre les lois fondamentales qui régissent notre univers microscopique e+ne+n -+-+  +,  - K°, K +, K - °° °° -- +-+-

4 C. Vander Velde4 BA3-physique Octet des baryons de spin 1/2 Les 8 baryons les plus légersLes 8 mésons les plus légers S=-2 S=-1 S=0 Q=0 Q=+1 Q=-1 Q=0 Q=+1 Q=-1 S=0 S=-1 S=1 Octet des mésons de spin 0 V.2. Classification des particules Gell-Mann et Ne’eman – 1961 Indépendamment, ils ont regroupé des particules de masses proches, avec des propriétés communes, notamment le spin, tout comme Mendeleïev avait placé les éléments par ordre de masse atomique croissante et avait regroupé ceux avec les mêmes propriétés chimiques dans une colonne. Ils ont classé les particules suivant leur charge Q et leur étrangeté S.

5 C. Vander Velde5 BA3-physique V.2. Classification des particules Gell-Mann et Ne’eman – 1961 Il y a aussi des figures triangulaires qui regroupent 10 baryons plus lourds, de spin 3/2 : S=-3 S=-2 Q=0 S=-1 S=0 Q=+1 Q=-1 Q=+2 Décuplet des baryons de spin 3/2 Note :  * =  (1385)  * =  (1530) ↑ masse (MeV/c²) Mais il manquait une particule, de charge -1 et d’étrangeté -3, au sommet inférieur du triangle; jamais une telle particule n’avait été observée. Observant que la différence entre les masses moyennes des particules de 2 lignes consécutives est ~la même pour les particules connues, Gell-Mann prédit la masse de la particule manquante.

6 C. Vander Velde6 BA3-physique V.3. Découverte de l’  - (1964) Et quelques années plus tard, l’ est observé sur un cliché de la chambre à bulles de Brookhaven.

7 C. Vander Velde7 BA3-physique V.4. Le modèle des quarks (1964) Avec la découverte de l’  -, les physiciens commencent à croire à la pertinence de ces diagrammes et de nombreux autres sont construits. Durant les 10 années qui ont suivi, tous les nouveaux hadrons ont trouvé une place dans l’un de ces diagrammes. Ci- dessous quelques nonets de mésons particules non encore découvertes en 1984 notation spectroscopique (voir plus loin) Remarque : alors que les antibaryons ont leurs propres diagrammes, mésons et antimésons se retrouvent dans un même diagramme

8 C. Vander Velde8 BA3-physique V.4. Le modèle des quarks (1964) Gell-Mann et Zweig – 1964 Mais pourquoi les hadrons s’arrangent-ils dans ces diagrammes? Les hadrons ne sont pas des particules élémentaires; ils sont constitués de particules encore plus petites, les quarks. A cette époque, il était nécessaire de faire appel seulement à 3 quarks de types différents, on dit de « saveurs » différentes, ainsi qu’à leur antiparticule, les antiquarks, pour rendre compte des particules connues; il s’agit des quarks up (u), down (d) et étrange (s) : On peut aussi les arranger dans un triangle, en fct de Q et S.

9 C. Vander Velde9 BA3-physique V.4. Le modèle des quarks (1964) Dans le modèle dit statique des quarks les hadrons s’interprètent comme des états liés de quarks et/ou d’antiquarks, suivant la règle : Hadrons BaryonsMésons q q q q u s d hypéron  ° Q  = -1/3 -1/3 + 2/3 = 0 Méson  + Q  + = 2/3 - (-1/3) = 1 u Exemples On comprend maintenant pourquoi Antibaryons : 3 antiquarks Antimésons : cf. mésons  B (q) = 1/3, B (q) = -1/3 3 quarks1 quark et 1 antiquark

10 C. Vander Velde10 BA3-physique V.4. Le modèle des quarks (1964) Décuplet des baryons de spin 3/2 (dss) (sss) (ddd)(ddu)(duu)(uuu) (uss) (dds)(uus)(dus) à peu près la même masse sur une ligne; or les particules d’une ligne ne diffèrent que par le remplacement de quarks u par des quark d  m u ~ m d ? masse (MeV) ~

11 C. Vander Velde11 BA3-physique V.4. Le modèle des quarks (1964) Décuplet des baryons de spin 3/2 (dss) (sss) (ddd)(ddu)(duu)(uuu) (uss) (dds)(uus)(dus) Evelyne Daubie Séparation en masse entre les lignes :  MeV Chaque fois un quark s en plus  m (s) ~ m (u, d) MeV ?  masse (MeV) ~

12 C. Vander Velde12 BA3-physique V.4. Le modèle des quarks (1964) Pourquoi les baryons de spin 1/2 forment-ils un octet et non un décuplet ? (dss) (sss) (ddd)(ddu)(duu)(uuu) (uss) (dds)(uus)(dus) En fait, c’est lié au spin des baryons: les baryons de l’octet ont un spin 1/2 tandis que ceux du décuplet ont un spin 3/2 (voir plus loin). Pour former de tels baryons, les quarks doivent avoir un spin 1/2. (voir plus loin) On a M  – M n ~ 177 MeV M  – M  ~ 203 MeV  m (s) ~ m (u, d) MeV ≠ du cas du décuplet  les forces entre q dépendent des spins !

13 C. Vander Velde13 BA3-physique V.4. Le modèle des quarks (1964) Octet des mésons de spin 0 Evelyne Daubie Q=0 Q=+1 Q=-1 S=0 S=-1 S=1 Nonet des mésons de spin 0 En fait, les particules physiques  °, ,  ’, sont des combinaisons linéaires de uu, dd, ss. :

14 C. Vander Velde14 BA3-physique V.5. Les résonances La même combinaison de quarks peut former plusieurs particules de masses différentes : le Δ + (~1232 MeV/c²) et le proton (~938 MeV/c²) sont tous deux composés de 2 quarks u et d’un quark d ; le π + (~140 MeV/c²) et ρ + (~770 MeV/c²) sont tous deux une combinaison ud. Ceci s’explique par le fait que les quarks peuvent se lier de différentes façons, tout comme l’atome d’hydrogène possède différents niveaux d’énergie. Toutefois, ceux-ci sont faiblement espacés en énergie, de quelques eV pour une masse au repos ≈ 10 9 eV. De même, une combinaison (qq ou qqq) existe en différents états liés, très espacés en énergie, tels qu’on les considère comme des particules différentes, dont le spin total (J= L+S tot ) sera différent; plus exactement, les états excités de la combinaison fondamentale sont en fait des « résonances ».

15 C. Vander Velde15 BA3-physique V.5. Les résonances Les résonances ont été découvertes lors des 1ères expériences auprès des accélérateurs. En 1951, le groupe de Fermi (à Chicago) mesure la section efficace de la diffusion de π sur protons. On s'aperçoit que la section efficace π + p présente un pic assez étroit pour une énergie cinétique des π de 195 MeV; d'autres pics apparaissent à des énergies supérieures. Ces pics correspondent à des états liés.

16 C. Vander Velde16 BA3-physique V.5. Les résonances En mesurant la largeur des pics de masse, Γ, on obtient le temps de vie moyen (  ) des états liés via la relation d'incertitude Γ ⋅  ≈ h, à condition que la résolution expérimentale soit inférieure à cette largeur; on obtient des temps de vie ≈ 10 −23 s, ce qui correspond à la probabilité de désintégration par interaction forte (les particules se désintégrant par interaction faible ont des temps de vie de 10 −6 à s, par interactions é.m., de ~ s). Pour qu’une particule puisse se désintégrer par interaction forte, il faut que la réaction de désintégration n’implique aucun lepton. C’est pourquoi tous les leptons se désintègrent par interactions faibles. Seuls les hadrons peuvent se désintégrer par interactions fortes, à conditions qu’ils soient suffisamment lourds pour pouvoir se désintégrer en d’autres hadrons; les hadrons les plus légers se désintègrent donc aussi par interactions faibles (ou é.m., comme le  °  2  ).

17 C. Vander Velde17 BA3-physique V.5. Les résonances Il est impossible de réaliser des collisions entre 2 mésons π mais avec un accélérateur suffisamment puissant, il est possible de produire plusieurs mésons dans l'état final. Ce type d'événement est facilement observable dans les chambres à bulles. On calcule alors la masse invariante d'un groupe de pions et on construit des distributions telles que ci-après.

18 C. Vander Velde18 BA3-physique V.5. Les résonances Une particule-résonance possède une probabilité d'être mesurée avec une certaine masse. La distribution de probabilité est donnée par la distribution de Breit-Wigner (non relativiste), de la forme : où M est la masse de la résonance et  sa largeur. une résonance est une particule dans la mesure où on peut définir, comme pour une particule, un ensemble de nombres quantiques. Une résonance correspond à un état excité d'un hadron. Les résonances de mésons sont des mésons, les résonances de baryons sont des baryons; les résonances constituent le spectre d'excitation du hadron.

19 C. Vander Velde19 BA3-physique V.6. Conclusions provisoires Nombreux succès du modèle statique des quarks : une place pour chaque hadron observé pas d’état observé incompatible avec le modèle (Ex : B = 1, S = +1ou B = 0,  S  > 1...) compréhension qualitative des spins Etats de masses moins élevées = états de moment orbital l =0 entre les quarks Ex :  + = u  d   spin  = 0 compréhension très qualitative des masses m u ~ m d m s ~ m d MeV mais énergies de liaison importantes et non calculables Interprétation simple des lois de conservation : La saveur des quarks est conservée dans les interactions fortes sont donc conservés : -(# s - # s) = S conservée # u - # u # d - # d } { Q conservée B = # q - # q conservé

20 C. Vander Velde20 BA3-physique V.6. Conclusions provisoires Deux problèmes jettent le scepticisme sur le modèle statique des quarks à la fin des années 60 : Jamais un quark n’a été observé à l’état libre ! Collisions à haute énergie (accélérateurs, rayonnement cosmique) Recherche infructueuse de particules de charge 1/3 ou 2/3 Dans la matière Nombreuses expériences (météorites, sédiments, roches lunaires,...) La plupart : lévitation magnétique (cfr. l’expérience de Millikan – mesure de e) Les quarks sont confinés à l’intérieur des hadrons Pourquoi ? Beaucoup pensent à cette époque que les quarks n’existent pas vraiment à l’intérieur des hadrons !

21 C. Vander Velde21 BA3-physique V.6. Conclusions provisoires Deux problèmes Le principe d’exclusion de Pauli semble violé ! Pas 2 fermions identiques dans le même état. Or, par exemple,  ++  u  u  u  (spin 3/2)  3 u dans le même état  introduction ad hoc d’un nouveau degré de liberté : LA COULEUR q : 3 couleurs RougeBleuVert q : 3 anticouleurs R B V Le principe d’exclusion de Pauli est sauvé, ainsi que le modèle des quarks ! Ce nouveau degré de liberté n’a rien à voir avec la couleur que nous connaissons; c’est seulement un moyen de distinguer les 3 états possibles pour chaque quark, comme + et – pour la charge électrique. Ex :  ++ = u R ↑ u B ↑ u V ↑

22 C. Vander Velde22 BA3-physique V.6. Conclusions provisoires Deux problèmes Le principe d’exclusion de Pauli semble violé ! Cela ressemble plus à un nouveau truc pas très sérieux. Toutefois cette hypothèse permit d’aller plus loin, en postulant que : Les hadrons sont sans couleur, on dit “blancs” soit mélange égal de R, B, V (baryons) soit combinaison RR, BB, VV (mésons) Depuis : - nombreuses évidences expérimentales ; pas de systèmes à 4 ou 5 quarks observés* - base de la ChromoDynamique Quantique (QCD) = théorie de l’interaction forte par échange de couleur entre les quarks. *observation en 2003 d’un candidat baryon pentaquark (qqqqq) et d’un candidat méson à 4 quarks (qqqq). Le 1er s’est avéré être un artefact statistique; quant au méson, c’est sans doute une « molécule » DD*.

23 C. Vander Velde23 BA3-physique V.7.Les expériences de diffusion Comme nous l’avons vu avec l’expérience de Rutherford pour l’atome et son noyau, il y un autre moyen que l’étude spectroscopique des états liés, pour étudier la structure interne des objets : les expériences de diffusion. angle de déviation pas de déviation Cible diffuse : Cible ponctuelle : faible angle de déviation important

24 C. Vander Velde24 BA3-physique V.7.Les expériences de diffusion Pour réaliser de telles expériences, il faut un faisceau de particules ponctuelles ou en tous cas, de petites dimensions par rapport aux détails de la cible que l’on désire étudier. Ensuite, il faut que la longueur d’onde associée aux particules du faisceau incident, soit plus petite que les dimensions de la structure à mettre en évidence. λ << D A priori, tout lepton convientmais à cette époque il n’était possible que de faire des faisceaux d’électrons. Les premières expériences de diffusion pour étudier la structure des nucléons furent réalisées au SLAC, avec un faisceau d’électrons de 8 GeV, à partir des années 60.

25 C. Vander Velde25 BA3-physique V.7.Les expériences de diffusion Pour réaliser de telles expériences, il faut un faisceau de particules ponctuelles ou en tous cas, de petites dimensions par rapport aux détails de la cible que l’on désire étudier. Ensuite, il faut que la longueur d’onde associée aux particules du faisceau incident, soit plus petite que les dimensions de la structure à mettre en évidence. λ << D A priori, tout lepton convientmais à cette époque il n’était possible que de faire des faisceaux d’électrons. Les premières expériences de diffusion pour étudier la structure des nucléons furent réalisées au SLAC, avec un faisceau d’électrons de 8 GeV, à partir des années 60.

26 C. Vander Velde26 BA3-physique V.7.Les expériences de diffusion Ces premières expériences ne permirent pas de mettre en évidence les quarks. En effet : Or, on sait actuellement que les quarks sont < m. Par contre la distribution angulaire des électrons diffusés de manière élastique par des protons permirent de voir que la charge de ceux-ci n’était pas ponctuelle mais répartie dans un volume de ~ m de dimensions. Ceci n’impliquait pas que les protons n’étaient pas des particules élémentaires. Pour le vérifier, il fallait obtenir des faisceaux avec une longueur d’onde encore plus petite.

27 C. Vander Velde27 BA3-physique V.7.Les expériences de diffusion Il fallut améliorer l’accélérateur pour atteindre 20 GeV. Vers la fin de 1967, une collaboration MIT-SLAC produisit des collisions électron-proton inélastiques, c’est-à-dire que les collisions plaçaient les protons dans des états excités ou bien les détruisaient complètement. Tout comme Rutherford, les physiciens observèrent des diffusions à grand angle, incompatibles avec une distribution uniforme de la charge du proton à l’intérieur du volume qu’il occupe. Un peu plus tard, en 69, une étude plus poussée de ces diffusions amena Feynman à émettre l’hypothèse de centres diffuseurs ponctuels à l’intérieur du proton; il les appela partons. En effet, à cette époque le modèle des quarks n’était pas encore pris au sérieux (voir plus loin pour l’interprétation de ces données). Dans les années 70, l’étude de la structure des nucléons continua, au CERN, avec des faisceaux de neutrinos et les partons furent finalement identifiés aux quarks.

28 C. Vander Velde28 BA3-physique V.8. Un 4 ème quark : le quark c En 1974, la plupart des physiciens étaient très sceptiques à l’égard du modèle des quarks, malgré l’observation de centres diffuseurs très petits, appelés partons, à l’intérieur des nucléons. La découverte du J/  Ce qui sauva le modèle des quarks, c’est la découverte d’un nouveau méson lourd ( ~3000 MeV), neutre, le J/ . Il fut découvert indépendamment à Brookhaven, par C.C. Ting, qui l’appela J, et à SLAC, par B. Richter, qu l’appela . Ces 2 expériences sont pourtant très différentes dans leur principe:  La découverte du J : Expérience à cible fixe : on y envoyait un faisceau de protons de 28,5 GeV/c sur une cible de Be et on étudiait la réaction : p + [Be] → e + + e − + X

29 C. Vander Velde29 BA3-physique V.8. Un 4 ème quark : le quark c Collimateur réglable Aimant Chambres à fils p cible blindage Cerenkov Observation d’un pic dans la distribution de masse invariante du système e + e -, centré à 3,1 GeV/c². La faible largeur du pic, compatible avec la résolution de l’appareil, signale un temps de vie beaucoup plus long que pour les habituelles résonances. J

30 C. Vander Velde30 BA3-physique V.8. Un 4 ème quark : le quark c  La découverte du  : Expérience auprès du collisionneur e + e - de SLAC (était circulaire à l’époque) : mesure de la section efficace du processus e+ + e − → X

31 C. Vander Velde31 BA3-physique V.8. Un 4 ème quark : le quark c  La découverte du  :  Conclusion : La courbe représente la distribution théorique attendue lors de la formation d'un nouvel état étroit, compte tenu de la résolution du détecteur. On détermine la masse de ce nouvel état : (3,105 ± 0,003) GeV L'erreur provient principalement de l'incertitude sur l'énergie des faisceaux incidents. Le J/Ψ est un méson de durée de vie extraordinairement longue (10 −20 s, à comparer aux durées de vie typiques des résonances de 10 −23 s). Ceci constitua un signe de nouvelle physique.

32 C. Vander Velde32 BA3-physique V.8. Un 4 ème quark : le quark c  Conclusion (suite): L’explication est venue du modèle des quarks: la particule J/Ψ représente un état lié d’un nouveau quark, le quark c, de charge électrique 2/3 (c pour charm ) et de son antiquark : J/Ψ= cc.  1976: Prix Nobel de Physique pour Richter et Ting. Ce quark était quelque peu espéré vu qu’on connaissait à l’époque 4 leptons, e, e, µ, µ mais seulement 3 quarks, u, d et s. La possibilité de l’existence d’un 4 ème quark avait déjà été suggérée en 64 par Bjorken et Glashow et en 70 par Glashow, Iliopoulos et Maiani, cette fois pour des raisons plus techniques (voir plus loin).

33 C. Vander Velde33 BA3-physique V.8. Un 4 ème quark : le quark c La découverte des particules charmées Si le quark c existe, il doit former avec les autres quarks, u, d et s, différents hadrons.  Baryons charmés: > PDG

34 C. Vander Velde34 BA3-physique V.8. Un 4 ème quark : le quark c  Mésons charmés:  Premières observations 1975 : 1976 : 1977 : plus tard : > PDG

35 C. Vander Velde35 BA3-physique V.8. Un 4 ème quark : le quark c  Exemple de cliché de chambre à bulles avec production de particules charmées :

36 C. Vander Velde36 BA3-physique V.8. Un 4 ème quark : le quark c Le nombre quantique C Tout comme les particules étranges, les particules charmées sont produites par paires dans les interactions fortes. Cela s’explique si on introduit un nouveau nombre quantique, le charme :  C = 1 pour le quark c  C = -1 pour l’antiquark c  C = 0 pour les autres quarks Ce nombre quantique C doit être conservé dans les interactions fortes et é.m., tout comme S. Dès lors, les plus légères des particules charmées ne peuvent se désintégrer que par interactions faibles, ce qui explique leur relativement long temps de vie. On a : C = # c - # c

37 C. Vander Velde37 BA3-physique V.8. Un 4 ème quark : le quark c Les états excités de charmonium Des états excités du J/  constitués d’une paire cc, appelés “charmonium”, furent aussi observés aux collisionneurs e + e - : P. vilain

38 C. Vander Velde38 BA3-physique V.9. La 3 ème génération Découverte du lepton  (SLAC – 1975) Au collisionneur d’électrons, SPEAR (M. Pearl), à  s  3.6 GeV, observation de e + e -  e ± µ -/+ + énergie et impulsion manquantes ; en outre, il semble ne pas y avoir conservation des nombres leptoniques L e et L µ. Interprétation : e + e -  +  - lepton chargé lourd :  Désintégration du  :  -  e - e  17.8%  µ - µ  17.4%  hadrons  ( , K) 64.8% Ceci suggère l’existence d’une 3ème famille de leptons, qui n’était pas attendue, et très probablement de son neutrino, ainsi que d’un 3ème nombre leptonique. M  = 1777 MeV   = s e+e+ e-e- e µ

39 C. Vander Velde39 BA3-physique V.9. La 3 ème génération Confirmation indirecte du  (LEP – 1992) Mesure de la section efficace d’interactions e + e -, en fonction de  s, pour  s ~ m Z° (points noirs) et comparaison avec la courbe théorique calculée pour N = 2, N = 3 et N =4. Les résultats confirment sans ambiguité qu’ il existe 3 neutrinos et donc 3 familles de leptons, on dit 3 “générations” de leptons, et non 4 ou plus. Ouf!

40 C. Vander Velde40 BA3-physique V.9. La 3 ème génération Observation directe du  (FNAL – 2000) Production d’un faisceau de à partir d’un faisceau de protons, comportant ~5% de   Ces derniers interagissent dans de l’émulsion et sont identifiés par l’observation de la désintégration d’un . 4 événements ν τ sur 203 ν observés expérience DONUT

41 C. Vander Velde41 BA3-physique V.9. La 3 ème génération Découverte du quark b (FNAL – 1977) 3 ème lepton chargé  3 ème génération de quarks ?  Découverte de l’upsilon  Effectivement, 2 ans plus tard, découverte d’un nouveau méson lourd l’  (9460) : interprété comme étant un état lié bb, b : quark “beau”, de charge – 1/3 (“beauty” ou “bottom” en anglais)

42 C. Vander Velde42 BA3-physique V.9. La 3 ème génération Découverte du quark b (FNAL – 1977)  Introduction du nombre de beauté Introduction d'un nouveau nombre quantique, le nombre de beauté, à ne pas confondre avec le nombre quantique baryonique B, d’où le tilde; il est conservé dans les interactions fortes et é.m. : = -1 pour le b = +1 pour le b = 0 pour les autres quarks et les leptons  Découverte des particules de beauté

43 C. Vander Velde43 BA3-physique V.9. La 3 ème génération Découverte du quark b (FNAL – 1977)  Etats excités bb M (MeV)  (keV)   '  ''  '''

44 C. Vander Velde44 BA3-physique V.9. La 3 ème génération Découverte du quark t (FNAL – 1995) On a longtemps recherché sans succès à mettre en évidence des états liés tt afin de mettre en évidence le 6éme quark, le quark top, que tout le monde attendait. Il y avait deux raisons à cela :  le quark t est extraordinairement lourd, m t ~174 GeV/c ~40 x m b. Les accélérateurs disponibles ne fournissaient pas suffisamment d’ énergie pour produire une paire tt.  le temps de vie du quark t est extrêment court ce qui l’empêche de former des états liés; apparemment, il n’y a ni mésons top ni baryons top. Ce n’est qu’en 1994, au Tevatron, à FNAL, qu’on a pu observer les premiers quarks top, produits par paires dans des collisions pp à ~2 TeV:

45 C. Vander Velde45 BA3-physique V.9. La 3 ème génération Découverte du quark t (FNAL – 1995) Ces quarks top se désintègrent immédiatement et c’est par l’observation d’un pic dans la distribution de masse invariante des produits de l’état final,qu’on a pu mettre en évidence la production de ce quark top et estimer sa masse (1995). Conservation du nombre de top dans les I.F et I.ém. :

46 C. Vander Velde46 BA3-physique V.10. Résumé Les constituants de base de la matière comprennent 12 fermions de spin 1/2 et leurs antiparticules. Ils se divisent en 6 quarks, sensibles à l’interaction forte, et 6 leptons, sensibles aux seules forces é.m. (pour les leptons chargés) et faibles (la force gravitationnelle est négligeable au niveau des particules, vu leur faible masse). Ils se classent aussi en trois familles ou générations, suivant leur masse croissante : * *si on néglige les interactions résiduelles des quarks

47 C. Vander Velde47 BA3-physique V.10. Résumé Masses et nombres quantiques (incomplet : voir plus loin) Les nombres leptoniques spécifiques à chaque type de lepton, ainsi que la charge électrique et le nombre baryonique B se conservent dans toute réaction, diffusion ou désintégration; leur signe est inversé pour les antiparticules. Par contre, masse et temps de vie sont identiques pour particules et antiparticules. Leptons

48 C. Vander Velde48 BA3-physique V.10. Résumé Masses et nombres quantiques (incomplet : voir plus loin) Les nombres quantiques d’étrangeté, de charme, de beauté et de top sont conservés seulement dans les interactions fortes et é.m. ; leur signe est inversé pour les antiparticules. Quarks

49 C. Vander Velde49 BA3-physique V.10. Résumé Masses et nombres quantiques (incomplet : voir plus loin) Les masses indiquées pour les quarks sont des masses approximatives. Il est très difficile de déterminer la masse ou même de définir ce que l'on entend par masse d'un quark, car un quark ne peut pas être isolé. les masses se déterminent à partir de la masse mesurée des états liés (hadrons) qu'ils composent, en appliquant des "modèles" de liaison des quarks dans les hadrons. Quarks

50 C. Vander Velde50 BA3-physique V.10. Résumé Les quarks n’existent pas à l’état libre; ils forment des particules ou des états liés de courte durée de vie, appelés résonances. On les désigne sous le terme de hadrons; les hadrons ne sont donc pas des constituants élémentaires. Les hadrons se subdivisent en mésons et en baryons. Les mésons sont constitués d’un quark et d’un antiquark; ce sont donc des bosons (spin entier). Les baryons sont constitués de 3 quarks; ce sont donc des fermions (spin demi-entier). Questions : Particules "élémentaires" ? Fermions ( 6 q + 6 q ) × lep + 6 lep + Bosons, , etc... ?Ça fait beaucoup ! Symétrie leptons - quarks ? Pourquoi 3 familles ?3 couleurs ? Masse des quarks et des leptons ?


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