- 1. Historique
- 2. Caractéristiques
- 3. L'antiproton
- 4. Taille du nucléon
- 5. Hypothèse de la structure en quarks dans la famille des hadrons
- 6. Mise en évidence de la structure en quarks et confinement
- 7. Recherche pour une désintégration du proton
- 8. L'utilisation des faisceaux de protons et d'antiprotons. La protonthérapie.
- 9. Bibliographie
PROTONS
Hypothèse de la structure en quarks dans la famille des hadrons
Le premier état excité du nucléon, encore appelé résonance Δ de masse 1 232 MeV/c2, est observé en 1951 au laboratoire de Chicago, en bombardant une cible de protons par un faisceau de mésons π dont l'énergie varie jusqu'à 200 MeV. L'expérience met en évidence que le nombre de mésons diffusés sur les protons varie considérablement quand on modifie l'énergie du faisceau incident. Ce nombre présente un maximum lorsque l'énergie totale du système final est proche de 1 232 MeV, tel un phénomène de résonance de l'interaction entre le méson π et le nucléon. Cet état, de faible durée de vie (5 × 10—24 s), s'appelle la résonance Δ.
De nombreuses résonances ont été découvertes et la liste des particules soumises à l'interaction forte, les hadrons, n'a cessé de s'allonger. Les physiciens ont alors cherché un ordre sous-jacent. La régularité des spectres de masse des hadrons, à l'image des spectres atomiques, montre bien qu'il existe des particules « élémentaires », à partir desquelles les hadrons pourraient être constitués. En 1964, Murray Gell-Mann et George Zweig rendent compte des centaines de hadrons observés, uniquement à l'aide de trois quarks. (L'expression « trois quarks » a été inventée par l'écrivain James Joyce dans son ouvrage Finnegans Wake, pour désigner trois cris de menace vraiment ridicules.) Les trois quarks ont ici, de manière surprenante, des charges fractionnaires. Les hadrons associent trois sortes de quarks : le quark u pour « up », de charge 2/3 (c'est-à-dire les 2/3 de la charge électrique unité, celle du proton) ; le quark d pour « down », de charge —1/3 ; et le quark s pour « strange », de charge —1/3. Le spectre des baryons observés est le reflet de la présence de trois quarks (uud pour le proton, udd pour le neutron), et celui des mésons d'un quark et d'un anti-quark. Il est depuis lors apparu nécessaire de faire appel à trois autres sortes de quarks (c pour « charme », b pour « beauty » ou « bottom », t pour « truth » ou « top »).
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Écrit par
- Nicole d' HOSE : docteur ès sciences, physicienne au service de physique nucléaire au Commissariat à l'énergie atomique, Saclay
Classification
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