INTERACTIONS (physique)Interaction nucléaire forte
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Les quarks
À la fin des années 1960, les interactions fortes semblent défier la théorie quantique des champs, alors que ce cadre théorique issu des révolutions relativiste et quantique décrit avec une précision stupéfiante les processus électromagnétiques. La structure des noyaux atomiques, leurs déformations, leurs fusions ou leurs fissions échappent aux prédictions de ce formalisme. On n'arrive même pas à rendre compte des mesures obtenues lors des collisions de protons. Les physiciens sont décontenancés par la multiplication des particules découvertes dans l'analyse des clichés de chambre à bulles. L'étude patiente de ces dizaines de « hadrons » permet cependant aux théoriciens de découvrir au début des années 1960 la trace d'un ordre caché : nucléons et mésons semblent être des états composites, faits de quarks et d'antiquarks, selon le terme inventé par Murray Gell-Mann pour désigner ce qu'on n'ose pas encore appeler « particules élémentaires ».
Le physicien théoricien américain Murray Gell-Mann, photographié ici en 1983. Il reçut le prix Nobel de physique en 1969 pour avoir proposé la théorie des quarks.
Crédits : Kevin Fleming/ Corbis/ Getty Images
Deux découvertes fondamentales font alors progresser de façon spectaculaire la compréhension des interactions fortes. L'expérience menée au nouvel accélérateur linéaire à électrons de Stanford en Californie (S.L.A.C., Stanford Linear Accelerator of California), en 1967-1968, permet de démontrer la présence de structures ponctuelles chargées à l'intérieur du proton. La mesure de la probabilité qu'un électron soit violemment dévié lors de sa collision avec un noyau de la cible d'hydrogène renouvelle l'expérience qui avait permis à Ernest Rutherford de découvrir le noyau atomique. Le proton, à son tour, n'apparaît plus comme un objet diffus mais bien comme constitué de quarks. De plus, le bilan d'énergie montre la présence de particules électriquement neutres, qu'on appellera gluons. Par ailleurs, en novembre 1974, on identifie un nouveau méson (noté ψ) aux propriétés surprenantes : sa grande masse (plus de trois fois celle du proton) et sa relative longue durée de vie montrent une étonnante diminution de l'intensité des interactions fortes responsables de sa désintégration spontanée.
Diagramme de Feynman de l'interaction nucléaire forte
L'interaction nucléaire forte est due à l'échange de gluons entre quarks ou entre gluons, comme le montrent ces diagrammes de Feynman élémentaires.
Crédits : Encyclopædia Universalis France
Diagramme de Feynman de l'interaction nucléaire forte
L'interaction nucléaire forte est due à l'échange de gluons entre quarks ou entre gluons, comme le montrent ces diagrammes de Feynman élémentaires.
Crédits : Encyclopædia Universalis France
L'accélérateur linéaire S.L.A.C. (Stanford Linear Accelerator Center), en Californie, a permis pour la première fois, en 1967-1968, de démontrer la présence d'entités élémentaires à l'intérieur même des protons: les quarks. Le S.L.A.C. est le plus long des accélérateurs linéaires...
Crédits : Stanford Linear Accelerator Center
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Écrit par :
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
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Pour citer l’article
Bernard PIRE, « INTERACTIONS (physique) - Interaction nucléaire forte », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-interaction-nucleaire-forte/