6. Mise en évidence de la structure en quarks et confinement
La mise en évidence de l'existence des quarks au sein du proton date de la fin des années 1960. Elle a été réalisée par une collaboration menée par deux physiciens américains Jerome I. Friedman, Henry W. Kendall, et un physicien canadien Richard E. Taylor (Prix Nobel en 1990). L'accélérateur de Stanford, mis en service en 1967, permet d'obtenir des faisceaux d'électrons atteignant des énergies de 20 GeV. Ces hautes énergies ouvrent la voie à des expériences de diffusion très inélastique de ces électrons sur une cible de protons. Le temps très court (lié au grand transfert d'énergie) de la pénétration de l'électron à l'intérieur du proton, permet de voir, avec une résolution quasi instantanée, comment les charges électriques de ce dernier y sont distribuées. Le grand transfert d'énergie qui caractérise la violence du choc, crée des particules supplémentaires dans l'état final. L'expérience consiste à détecter, à l'aide d'un spectromètre magnétique, uniquement les électrons diffusés à différents angles par une cible d'hydrogène. Le résultat est surprenant : on observe à grand angle un nombre d'électrons diffusés « inélastiquement » beaucoup plus important qu'il ne le serait si le proton était homogène et de structure étendue. Comme dans l'expérience de Rutherford, ces collisions extrêmement violentes résultent de chocs frontaux entre l'électron ponctuel et des inclusions dures à l'intérieur du proton. L'existence de centres ponctuels chargés électriquement à l'intérieur du proton a ainsi été révélée, Richard Feynman les appelle partons, mais ils sont vite identifiés comme étant les quarks.
À ce jour, toutes les expériences ont montré que les quarks sont quasi libres à l'intérieur des hadrons, mais qu'ils y restent confinés, et demeurent inobservables à l'extérieur des hadrons. Pour comprendre ce fait, il faut avoir recours à une nouvelle théorie quantique, la chromodynamique. De même que les particules doivent […]
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