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7.2. Modèle des quarks
où les états excités d'un noyau correspondent à différentes énergies de liaison et différentes configurations de spin des nucléons constituants. On parle de paiticu1es différentes alors que l'on devrait simplement parler d'états excités de systèmes de trois
quarks (baryons : uud,uds, .. . ) ou quark-antiquark (mésons : ud, us, ... ) La raison de
cette différence d'appellation est principalement historique. En physique nucléaire
]'énergie de liaison ne représente que quelques pourcents de la masse du noyau. En
revanche, la masse des hadrons provient essentiellement de l'énergie de liaison. Sans
connaissance de la sous-structure en quarks, ces états excités de masses très diff érentes, apparaissent comme des paiticules différentes. Par exemple, la désintégration
E1 ---7 Ay n'est qu'une désexcitation y du premier état excité vers le fondamental du
système uds.
La symétrie d'isospin, concerne ici l'interaction forte. Il existe un autre isospin,
l'isospin faible qui correspond à la charge faible. Dans le cadre d'une théorie de
jauge, les particules sont également regroupées en multiplets : l'interaction de jauge
permet de transformer les particules à l'intérieur d' un multiplet ; les autres interactions le laissent invariant. Pour décrire l'interaction faible, on a également recours
à des doublets d'isospin (faible). Les bosons W± transforment le quark u en d et
réciproquement, alors que l'interaction forte ne différencie pas entre les états du doublet. C'est cette dernière propriété qui a conduit à introduire 1' isospin fort. Les deux
concepts, dans Je cas du doublet (~). sont ainsi équivalents.
7.2.2 Quarks lourds
Trois autres quarks, ont été postulés puis découverts par la suite. Certaines considérations sur l'interaction faible montrent que les quarks doivent exister en doublets
composés d'un quark de charge 1 et d'un quark de charge -1 comme c'est le cas
pour le couple (u, d). En conséquence, on postule l'existence d'un quatrième quark
de charge 1, le quark charmé c formant un doublet (c, s). L'ajout de ce quatrième
quark, connu sour le nom de mécanisme GIM
1
, permet d'expliquer l'existence de
couplage par courants chargés entre Je quark u et Je quark s, responsable de la désintégration des hypérons, sans introduire de désintégration par courants neutres (via
un boson Z) qui n'a jamais été observée expérimentalement. De même, d'autres propriétés expérimentales de l'interaction faible ne peuvent s'expliquer que s'il existe
au moins trois doublets de quarks. Ce troisième doublet se compose du quark bottom
(ou quark beau) b de charge -1 et du quark top t de charge 1·
Le mécanisme GIM fut proposé en 1970 et le quark c fut découvert expérimentalement en 1974 via une résonances dans la section efficace de diffusion e+e- ---7 µ +µ - .
La section efficace augmente fortement pour une énergie dans le centre de masse de
3097 Ge V, c01Tespondant au passage par un état intermédiaire e+ e- ---7 cc ---7 µ + µ-.
1. pour Glashow, Illiopoulos et Maiani, les trois physiciens qui ont proposé ce modèle
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où les états excités d'un noyau correspondent à différentes énergies de liaison et différentes configurations de spin des nucléons constituants. On parle de paiticu1es différentes alors que l'on devrait simplement parler d'états excités de systèmes de trois
quarks (baryons : uud,uds, .. . ) ou quark-antiquark (mésons : ud, us, ... ) La raison de
cette différence d'appellation est principalement historique. En physique nucléaire
]'énergie de liaison ne représente que quelques pourcents de la masse du noyau. En
revanche, la masse des hadrons provient essentiellement de l'énergie de liaison. Sans
connaissance de la sous-structure en quarks, ces états excités de masses très diff érentes, apparaissent comme des paiticules différentes. Par exemple, la désintégration
E1 ---7 Ay n'est qu'une désexcitation y du premier état excité vers le fondamental du
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La symétrie d'isospin, concerne ici l'interaction forte. Il existe un autre isospin,
l'isospin faible qui correspond à la charge faible. Dans le cadre d'une théorie de
jauge, les particules sont également regroupées en multiplets : l'interaction de jauge
permet de transformer les particules à l'intérieur d' un multiplet ; les autres interactions le laissent invariant. Pour décrire l'interaction faible, on a également recours
à des doublets d'isospin (faible). Les bosons W± transforment le quark u en d et
réciproquement, alors que l'interaction forte ne différencie pas entre les états du doublet. C'est cette dernière propriété qui a conduit à introduire 1' isospin fort. Les deux
concepts, dans Je cas du doublet (~). sont ainsi équivalents.
7.2.2 Quarks lourds
Trois autres quarks, ont été postulés puis découverts par la suite. Certaines considérations sur l'interaction faible montrent que les quarks doivent exister en doublets
composés d'un quark de charge 1 et d'un quark de charge -1 comme c'est le cas
pour le couple (u, d). En conséquence, on postule l'existence d'un quatrième quark
de charge 1, le quark charmé c formant un doublet (c, s). L'ajout de ce quatrième
quark, connu sour le nom de mécanisme GIM
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, permet d'expliquer l'existence de
couplage par courants chargés entre Je quark u et Je quark s, responsable de la désintégration des hypérons, sans introduire de désintégration par courants neutres (via
un boson Z) qui n'a jamais été observée expérimentalement. De même, d'autres propriétés expérimentales de l'interaction faible ne peuvent s'expliquer que s'il existe
au moins trois doublets de quarks. Ce troisième doublet se compose du quark bottom
(ou quark beau) b de charge -1 et du quark top t de charge 1·
Le mécanisme GIM fut proposé en 1970 et le quark c fut découvert expérimentalement en 1974 via une résonances dans la section efficace de diffusion e+e- ---7 µ +µ - .
La section efficace augmente fortement pour une énergie dans le centre de masse de
3097 Ge V, c01Tespondant au passage par un état intermédiaire e+ e- ---7 cc ---7 µ + µ-.
1. pour Glashow, Illiopoulos et Maiani, les trois physiciens qui ont proposé ce modèle
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