INTERACTIONS (physique) Interaction nucléaire faible
Quarks et interaction faible
Dès le début des années 1960, le théoricien italien Nicola Cabibbo (1935-2010) montre dans un modèle primitif de quarks (antérieur à la construction de la chromodynamique quantique quelques années plus tard) que l’interaction faible ne considère pas les quarks selon le même angle de vue que les autres forces : un quark u, par exemple, se transmute plutôt en une combinaison linéaire de quarks d et s.Il introduit un angle de mélange (appelé angle de Cabibbo) α et la transmutation du quark u produit une superposition de quarks : d' = d cos α + s sin α.
L'expérience montre que α est de l'ordre de 13 degrés. Une dizaine d'années plus tard, Makoto Kobayashi (né en 1944) et Toshihide Maskawa (né en 1940) généralisent cette idée dans le cadre de la théorie proposée par Salam et Weinberg pour les interactions électrofaibles. Afin de décrire l'effet subtil de brisure de la symétrie CP, ils démontrent que l’idée de Cabibbo peut en rendre compte dès lors qu'il existe au moins une famille de deux quarks supplémentaires aux quatre quarks (notés u, d, s et c) considérés jusqu’alors. En 1977 et en 1995, les découvertes du quark b puis du quark t démontrent la pertinence du raisonnement des théoriciens japonais. Dans leur article publié en février 1973 dans la revue japonaise Progress of TheoreticalPhysics sous le titre « La violation de CP dans la théorie renormalisable des interactions faibles », ils montrent qu’il suffit d’introduire une phase (c’est-à-dire un angle de mélange complexe) dans la matrice (à trois lignes et trois colonnes) qui représente la superposition de types de quarks vue par le boson W – la matrice CKM (du nom des trois théoriciens).
Déterminer les valeurs des coefficients de cette matrice nécessite l'analyse fine de nombreuses réactions faibles, en particulier les désintégrations des mésons lourds contenant le quark b. Expliquer ces valeurs est un défi théorique de même nature que l'explication de la valeur des masses des particules élémentaires.
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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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Médias
Chen-Ning Yang et Tsung-Dao Lee
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