HADRONS

Mésons ordinaires

Comme dans le cas des baryons, le modèle des quarks classifie les mésons les plus légers selon les représentations du groupe SU(3). Un état lié d'un quark et d'un antiquark (qui appartient à la représentation conjuguée notée 3) appartient à une représentation issue de la décomposition du produit des représentations, qui s'écrit : 3 × 3 = 8 + 1.

Les mésons se groupent ainsi en octets (8) et en singulets (1). Les mésons les plus légers sont ceux qui ont un spin nul (et un nombre quantique de parité négatif) : les mésons π et η, les mésons K et K. Ils ont un statut très particulier. On pense en effet qu'ils sont le reflet de la brisure spontanée d'une symétrie de la nature, la symétrie chirale qui associe deux composantes des champs de fermions, une composante dextrogyre et une autre lévogyre. Cette symétrie serait exacte à haute température (et donc aurait été réalisée à une époque proche de l'explosion primordiale), mais elle est brisée par un mécanisme dynamique responsable de la masse des quarks légers en même temps que de la masse de ces mésons. La faible masse des mésons π et, dans une moindre mesure, celle des mésons K, sont la trace de cette symétrie disparue.

Mésons charmés et charmonia

En novembre 1974, on identifie un nouveau méson (noté Ψ ou J/Ψ) aux propriétés surprenantes : sa grande masse (3 096 MeV soit plus de trois fois celle du proton) et sa relativement longue durée de vie montrent une étonnante diminution de l'intensité des interactions fortes responsables de sa désintégration spontanée. Très vite, on comprend qu'il est le signe de l'existence d'un quatrième quark – appelé charme et noté c – dont certains théoriciens avaient prédit l'existence. Ses caractéristiques et la découverte, quelques mois plus tard, de nombreux autres mésons lourds permettent de dresser un tableau convaincant des hadrons dont on dit qu'ils ont un « charme caché ou ouvert » : lorsque le quark et l'antiquark de valence d'un méson sont tous les deux charmés, ils forment divers états liés – appelés charmonia – dont la spectroscopie ressemble à celle d'un atome dont l'électron serait anormalement lourd. Une description non relativiste fondée sur l'équation de Schrödinger est alors justifiée en première approximation. Si le moment orbital relatif des deux fermions est nul, leur état lié peut avoir un spin égal à 1 – comme c'est le cas du méson ψ – ou un spin nul comme[...]