1 CHAPITRE 8 - Les HADRONS et les QUARKS 8.1 Introduction - Nous venons de voir que la diffusion eN inélastique peut être interprétée comme la diffusion élastique eq  eq, où q est un quark dans les hadrons. -Nous n’avons pas décrit la force forte. Regardons d’abord quelle est la structure des hadrons et des états liés. 8.2 Les nombres quantiques des HADRONS a) Les hadrons (première approximation) sont composés de baryon (qqq) Les hadrons ont : masse charge nombres quantiques s, p, c, etc en espace temps nombres quantiques internes (B, S, C, etc.) quark Q BSCBT d-1/31/ antiquark : opposé en u2/31/30000 signe s-1/31/ c2/31/30100 b-1/31/ Table 8.1 t2/31/30000 modèle simple des quarks Particules BSCT puud Table 8.2 nudd K - (494) D - (1869) B - (5279) par ex:

2 b) Pour simplifier, considérons u, d, s . Baryon. Mesons Table 8.3 SQuarkQSQuarkQ 02,1, 0, -111, 0 -11, 0, -101, 0, , -1-10, En utilisant les nombres quantiques de la Table 8.2, nous pouvons appliquer la conservation d’étrangeté dans les interactions fortes : 8.3 ISOSPIN dans le modèle des quarks (conservé par les interactions fortes) a) Nous introduisons :  pour les quarks b) Exemple : quark B Y Q I 3 I Table 8.4 d1/3 1/3-1/3-1/21/2 u1/3 1/3 2/3+1/21/2 s1/3-2/3-1/300 c1/3 4/3 2/300 b1/3-2/3-1/300 t1/3 4/3 2/300

3 b) (cont) Exemple : Les systèmes Exemple : On observe i) désintégration faible ii) Interaction production forte par conservation pour - B = 1 Y = 0 - S = -1 I 3 = 1 I = 1 Question : composition quark de Exemple : Si les différences viennent des interactions EM entre les paires de quarks

4 8.3 RESONANCE et les QUARKS

5 8.3 (cont.) RESONANCE et les QUARKS B. Considérons les baryons p.ex. Exemple : Les lignes de quarks Exercice : ça existe ? (non)

6 8.4CHARM & BEAUTY - observation A)

7 Un deuxième état fut trouvé quelques semaines après. - Justification de J = 1 addition de 2 amplitudes - - les états étaient très étroits Proposition d’un état B) Les états  (31000) et  (3700) sont au dessous du seuil (D + D - )

8 c) Observation du Upsilon - Nous avons observé les états liés rien n’empêche les états

9 8.5POSITRONIUM (état lié électromagnétique) - Le Hamiltonian sera : - Corrections : relativisite solution de l’équation Shroedinger, comme pour l’atome hydrogène : annihilation

10 8.5Les états liés : bb, cc a)Quelle différence : -Force forte  échelle au niveau de MeV/GeV au lieu de eV - non-relativiste (sauf etc.) - -Pour r petit, nous essayons + structure du même type que Pour r grand, nous devrons confiner les quarks  nous essayons possible potentielle FORTE potentielle EM (LES CALCULS SONT MODEL- DEPENDENT)

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12 8.7Le modèle des quarks et les mésons légers a)-Les mésons sont construits dans le modèle des quarks par : -Pour chaque mésons, il y a des nombres quantiques -Les mésons existent avec Dans notre discussion, nous considérons L = 0, et les 3 quarks

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(cont.) Le modèle des quarks et les mésons légers B)Les classifications - SU (3) FLAVOR - - Les états neutres sont : A partir de ça, nous avons : - Nous associons - Pour l’état I = 0, I 3 = 0, il y a 2 états : un singlet : un membre d’octet et les états physique peuvent être un mélange. SU(3) octet    =  +  SU(3) singlet quark triplet

(cont.) Le modèle des quarks et les mésons légers B) (cont.)Si SU(3) n’était pas brisé, m = 0 pour toutes les particules dans un multiplet - 8.8Le modèle des quarks et des baryons légers A) En utilisant Fig (p. 8.17), considérons le cas simple de

16      =  +  +  B) Antisymétrique  pour un baryon, la fonction d’état devra être anti- symétrique C) Pour Flavor      = 27      =  +  +  +  a) uuu, ….. ddd …. sss 10 états symétrique (p. 8.17, 8.18) b) (uds - usd + dsu - dus + sud - sdu)/ 1 état singlet antisymétrique c) Partiellement antisymétrique 2 * 8 états  octet J = 1/2 8.8 (cont.)Le modèle des quarks et des baryons légers

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20 8.8(cont.) Le modèle des quarks et des baryons légers D)Qu’en est-il de  (couleur) ? - il y a 3 couleurs - r, g, b  - dans QCD, chaque particule libre est un SINGLET de COULEUR

21 8.9Vers QCD A)- Les quarks à courte distance sont quasi-libres à l’intérieur des hadrons - MAIS, les quarks libres n ’ont jamais été observés - De nombreuses indications expérimentales indiquent l’existence des quarks et des gluons  QCD - une théorie de gauge des interactions fortes entre les quarks. p. ex.. le « scaling » de Bjorken. classification des hadrons. désintégration. les interactions -Le Rapport B)Couleurs -Une propriété des quarks, responsable des interactions fortes. - La couleur prend 3 valeurs : - Les interactions fortes procèdent avec l’échange de couleur. - Les particules (bosons) d’échange sont les gluons

(cont.) Vers QCD B) (cont.) -L’état symétrique ne porte pas la couleur, donc ne peut pas participer. Cet état existe-t-il ? -Grandeur de l’interaction ? couplage égal pour chaque couleur  invariance sur les rotations  conservation du nombre de couleur -Au contraire, des interactions EM, les gluons portent la couleur  possitilités de : - p. ex :  0 états liés

(cont.) Vers QCD C)Le POTENTIEL - -Disgression.il n’y a pas de forces de grande distance entre les singlets de couleur. La force nucléaire entre (p.ex. n et p) à basse énergie est l’interaction résidue, parce que les quarks ne sont pas à la même position..Sauf, les règles de Feynman restent valables si D)Polarisation de Vide EMFORTE

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27 On défini On définit l’énergie dans une cellule du calorimètre du détecteur et  Evidence des collections localisées des particules dos-à- dos en  (fragmentation) - seule une petite partie des événements a une « collision dure », ou de « haut P T » Le « underlining event » est caractéristique des collisions de faible Q 2