HADRONS

Le modèle des quarks constituants

La spectroscopie des hadrons a été à la base de l'introduction du concept de quarks. Remarquant une régularité dans l'ordonnancement des masses des premiers mésons et baryons découverts dans les années 1950, Murray Gell Mann, George Zweig et Yuval Ne'eman proposaient indépendamment au début des années 1960 qu'une symétrie sous-jacente a pour conséquence le regroupement en octets ou en décuplets des hadrons. Cette classification fondée sur les concepts mathématiques de représentation des groupes unitaires est alors explicitée par Richard Dalitz et de nombreux physiciens dans un modèle selon lequel les baryons sont formés de trois « quarks constituants » tandis que les mésons sont formés d'un quark et d'un antiquark. Malgré des difficultés conceptuelles considérables que nous ne détaillerons pas ici, ce modèle décrit les hadrons comme des états liés de quelques quarks, à la façon de la physique atomique. Empruntant une approche non relativiste peu justifiable, il explique de façon remarquable un grand nombre de caractéristiques des mésons et de baryons. Bien qu'il ne soit qu'un modèle fort approximatif dont plusieurs hypothèses ou prédictions sont en désaccord grossier avec les mesures expérimentales, le modèle des quarks constituants s'avère fort utile pour classifier les hadrons et il reste d'usage courant dans ce but. De plus, il s'est révélé relativement mieux adapté à la description des hadrons contenant les quarks lourds qui furent découverts dans les années 1970-1980. Soulignons encore une fois que les quarks, qui sont maintenant à la base de la compréhension des interactions fortes en tant que champs élémentaires, s'ils partagent leur nom et certaines de leurs caractéristiques, ne sont pas identiques aux quarks constituants. Il faut soigneusement distinguer, d'une part, la chromodynamique quantique, théorie des champs élémentaires de quarks et de gluons en interaction et, d'autre part, le modèle des quarks qui décrit de façon approximative les hadrons comme assemblage de quelques quarks constituants.