"O
0
c
::J
0
('\"')
T"-f
0
N
@
~
..c
Ol
ï::::
>a.
0
u
Chapitre 1 • Particules et interactions
8
que ]'atmosphère terrestre subissait un bombardement constant de paiticules provenant de l'espace. Ces particules constituent Je rayonnement cosmjque primaire, dont
on sait aujourd'hui qu'il est composé à 99% de protons (90%), de noyaux d'hélium
et d'électrons. Les particules primaires, en interagissant avec l'atmosphère, sont susceptibles de produire ces nouvelles particules, que l'on peut détecter au niveau du
so1.
C'est ainsi que l' antiélectron ou positron fut mjs en évidence comme une particule
de même masse que l'électron mais ayant une charge opposée (tournant dans Je sens
inverse d'un électron dans un même champ magnétique), confirmant ainsi l'interprétation des solutions d'énergie négative des équations de la mécaruque quantique
relativiste.
En 1936 une particule de masse m = 105 MeV et de charge électrique ±1 fut identifiée dans le rayonnement cosmique. Elle fut un temps assimjlée au pion du modèle
de Yukawa («photon » massif de 1' interaction forte) Néanmoins, si la masse semblait
c01Tespondre, cette particule interagissait très peu avec les noyaux, au contraire de ce
qui est attendu pour le pion. Cette particule ressemblait en tout point à un électron ou
un positron, en plus massif: il s'agit du muon(µ-) et de l'antimuon (µ+).
Les véritables pions n± ainsi qu'un troisième état neutre n° furent également identifiés par la suite dans le rayonnement cosmjque.
Deux types de découvertes apparaîssent ici : d'une part des particules qui étaient
attendues dans le cadre des théories de ]'époque (positron, pion) confirmant ces modèles, d'autre part des particules inattendues (muon) qui viennent s'ajouter à un bestiaire en pleine expansion.
1.3.4 Hadrons, quarks et interaction forte
À la suite de la découverte du pion, de nombreuses autres particules liées à l'interaction forte, les hadrons, furent observées, principalement en réalisant des collisions
proton-proton ou pion-proton. L'étude des différentes interactions entre hadrons a mjs
en évidence une grandeur additive conservée, le nombre baryonique B. Ainsi, parmi
1es hadrons on distingue :
• les baryons de spin demi-entier (fermions) tels le proton et le neutron qui ont un
nombre baryoruque B = 1 ;
• les mésons de spin entier (bosons) tels les pions (n±, n°) qui ont un nombre baryonique B =O.
Avec trois particules élémentaires (neutron, proton et électron) on peut expliquer
la grande multiplicité d'atomes et de noyaux ainsi que leurs propriétés physiques et
chimiques. Par analogie, Je grand nombre de hadrons découverts semble indiquer une
nature composite : soit il existe quelques hadrons fondamentaux, les autres étant alors
0
c
::J
0
('\"')
T"-f
0
N
@
~
..c
Ol
ï::::
>a.
0
u
Chapitre 1 • Particules et interactions
8
que ]'atmosphère terrestre subissait un bombardement constant de paiticules provenant de l'espace. Ces particules constituent Je rayonnement cosmjque primaire, dont
on sait aujourd'hui qu'il est composé à 99% de protons (90%), de noyaux d'hélium
et d'électrons. Les particules primaires, en interagissant avec l'atmosphère, sont susceptibles de produire ces nouvelles particules, que l'on peut détecter au niveau du
so1.
C'est ainsi que l' antiélectron ou positron fut mjs en évidence comme une particule
de même masse que l'électron mais ayant une charge opposée (tournant dans Je sens
inverse d'un électron dans un même champ magnétique), confirmant ainsi l'interprétation des solutions d'énergie négative des équations de la mécaruque quantique
relativiste.
En 1936 une particule de masse m = 105 MeV et de charge électrique ±1 fut identifiée dans le rayonnement cosmique. Elle fut un temps assimjlée au pion du modèle
de Yukawa («photon » massif de 1' interaction forte) Néanmoins, si la masse semblait
c01Tespondre, cette particule interagissait très peu avec les noyaux, au contraire de ce
qui est attendu pour le pion. Cette particule ressemblait en tout point à un électron ou
un positron, en plus massif: il s'agit du muon(µ-) et de l'antimuon (µ+).
Les véritables pions n± ainsi qu'un troisième état neutre n° furent également identifiés par la suite dans le rayonnement cosmjque.
Deux types de découvertes apparaîssent ici : d'une part des particules qui étaient
attendues dans le cadre des théories de ]'époque (positron, pion) confirmant ces modèles, d'autre part des particules inattendues (muon) qui viennent s'ajouter à un bestiaire en pleine expansion.
1.3.4 Hadrons, quarks et interaction forte
À la suite de la découverte du pion, de nombreuses autres particules liées à l'interaction forte, les hadrons, furent observées, principalement en réalisant des collisions
proton-proton ou pion-proton. L'étude des différentes interactions entre hadrons a mjs
en évidence une grandeur additive conservée, le nombre baryonique B. Ainsi, parmi
1es hadrons on distingue :
• les baryons de spin demi-entier (fermions) tels le proton et le neutron qui ont un
nombre baryoruque B = 1 ;
• les mésons de spin entier (bosons) tels les pions (n±, n°) qui ont un nombre baryonique B =O.
Avec trois particules élémentaires (neutron, proton et électron) on peut expliquer
la grande multiplicité d'atomes et de noyaux ainsi que leurs propriétés physiques et
chimiques. Par analogie, Je grand nombre de hadrons découverts semble indiquer une
nature composite : soit il existe quelques hadrons fondamentaux, les autres étant alors