quark.

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quark. n.m., constituant élémentaire de la matière hadronique, et donc en
particulier du proton et du neutron. Le noyau atomique est composé de neutrons et
de protons, appelés nucléons, qui furent d'abord considérés comme des particules
élémentaires sans structure interne. Au début des années soixante, Murray Gell-Mann
supposa que les nucléons, ainsi que tous les hadrons, étaient bâtis à partir de quarks.
Il existe six sortes différentes de quarks, parmi lesquelles les quarks u (up) et d
(down), qui servent à bâtir les nucléons et ont une masse presque égale. La charge
portée par les quarks est une fraction de celle de l'électron (e = -1,6.10 -19 C ), soit 2e/3 pour le quark u e t e/3 pour le quark d. Par conséquent, le proton, composé de
trois quarks uud, a une charge - e, et le neutron, de composition udd, est neutre. Outre
les quarks u e t d, on connaît un second couple, les quarks c (charm) et s (strange),
beaucoup plus lourds que les précédents, ayant respectivement les mêmes charges
électriques, qui participent à la structure des hadrons (mésons et baryons) beaucoup
plus instables que les nucléons. Le troisième couple est formé des quarks t ( top) et b
(bottom, parfois beauty), encore plus lourds et identiquement chargés que les
précédents ; pendant longtemps, seul le quark b a été connu : l'existence du quark t,
imposée par des considérations de symétrie, ne faisait aucun doute pour les physiciens,
et il a effectivement été identifié en 1994.
En plus de sa charge, un nouveau nombre quantique appelé couleur est attribué au
quark, nombre qui est fondamental pour décrire la force nucléaire forte : chaque quark
existe sous trois couleurs différentes, et à chaque quark d'une couleur donnée
correspond l'antiquark ayant l'anticouleur. L'association des quarks pour former des
hadrons se fait en respectant les règles édictées par la chromodynamique quantique,
selon lesquelles la somme des couleurs d'un hadron doit être neutre. Cette neutralité
s'obtient soit par somme des trois couleurs (baryons), soit par somme d'une couleur et
de son anticouleur (mésons). La liaison entre les quarks est assurée par des particules
de champ appelées gluons.
Doués d'une couleur, d'une charge électrique et d'une masse, les quarks sont les
seules particules élémentaires à réagir aux quatre forces fondamentales : force forte,
force électromagnétique, force faible et gravitation (voir chromodynamique et
particule).
De nombreuses expériences prouvent que les hadrons sont formés de quarks, mais
toutes les tentatives pour détecter les quarks libres ont jusqu'à présent échoué. Les
théoriciens sont amenés à expliquer ce confinement en disant que la force gluonique qui
s'exerce entre les quarks possède la propriété, analogue à celle d'un ressort, d'être
d'autant plus grande que la distance entre les quarks augmente.
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