Contenu
- Les quarks et les leptons sont deux particules fondamentales
- Les leptons ont une charge entière; Les quarks ont une charge fractionnelle
- Les leptons peuvent exister librement; Les quarks ne peuvent pas
- Les quarks et les leptons sont soumis à différentes forces fondamentales
La physique des particules est le sous-domaine de la physique qui traite de l'étude des particules élémentaires subatomiques - les particules qui constituent les atomes. Au début du 20e siècle, de nombreuses découvertes expérimentales suggèrent que les atomes, considérés comme le plus petit composant de la matière, étaient constitués de particules encore plus petites. De nouvelles théories ont été élaborées pour expliquer cela (comme le modèle standard de la physique des particules), de nombreuses nouvelles expériences ont été conçues (en utilisant des équipements tels que des accélérateurs de particules) et il est progressivement devenu évident que les particules constituant les atomes pourraient être encore plus fragmentées. Les quarks et les leptons sont deux exemples de telles particules. Bien que ces types de particules aient beaucoup en commun, leurs différences sont souvent frappantes.
Les quarks et les leptons sont deux particules fondamentales
Les quarks (nommés par le lauréat du prix Nobel Murray Gell-Mann après une citation du livre "Finnegans Wake" de James Joyce) et les leptons sont actuellement considérés comme les particules les plus fondamentales existantes; c'est-à-dire qu'elles ne peuvent pas être décomposées en d'autres particules constitutives. Les quarks et les leptons ne sont pas eux-mêmes des particules; ils font plutôt référence à des familles de particules, chacune contenant six membres. La famille de particules de quarks comprend les particules montante, descendante, supérieure, inférieure, charmante et étrange, tandis que les leptons se composent des particules électron, neutrino électronique, muon, neutrino muonique, tau et tau. Il existe également des antiparticules associées à chaque particule, l'antiparticule étant le miroir opposé à la particule correspondante (par exemple, ayant la charge opposée).
Les leptons ont une charge entière; Les quarks ont une charge fractionnelle
Les leptons ont une charge électrique de l'une ou l'autre unité de charge fondamentale (définie comme la charge d'un seul électron), dans le cas de l'électron, du muon ou du tau, ou aucune charge, dans le cas des neutrinos correspondants. Les quarks, par contre, ont chacun des charges fractionnaires (+/- 1/3 ou +/- 2/3, selon le quark). Lorsque ces quarks sont regroupés, la somme de leurs charges s'additionne toujours à une charge entière. Par exemple, si deux quarks up et quark down (avec des charges de +2/3 et -1/3, respectivement) sont regroupés, la somme des charges s’ajoute à +1 et une nouvelle particule est créée. Cette nouvelle particule est le proton, l'un des composants majeurs du noyau atomique.
Les leptons peuvent exister librement; Les quarks ne peuvent pas
Bien que les quarks aient tous une charge fractionnaire, un quark n'existera jamais librement dans la nature; c'est à cause d'une force fondamentale connue sous le nom de "force puissante". La force puissante, qui est médiée par des particules porteuses de force appelées gluons, agit dans le noyau des atomes et maintient les quarks attirés les uns par les autres. La force entre les quarks augmente à mesure qu'ils se séparent, ce qui garantit qu'un quark libre n'est jamais détecté. Le domaine d'étude consacré aux interactions entre les quarks et les gluons est appelé chromodynamique quantique (QCD). Les leptons, en revanche, sont des particules très "indépendantes" et peuvent être isolés.
Les quarks et les leptons sont soumis à différentes forces fondamentales
Il existe quatre forces fondamentales dans la nature: la force forte (qui maintient ensemble les noyaux et les quarks atomiques), la force faible (responsable de la désintégration radioactive), la force électromagnétique (qui aide à maintenir les atomes ensemble) et la force gravitationnelle (qui agit tout objet de masse ou d’énergie dans l’univers). Les quarks sont soumis à toutes les forces fondamentales; les leptons, en revanche, sont soumis à toutes les forces sauf la force forte. En effet, la force puissante a une portée très courte, généralement inférieure à celle d'un noyau atomique; par conséquent, la force puissante est généralement confinée à cette zone. Les forces faibles, électromagnétiques et gravitationnelles, par contre, peuvent agir sur une distance beaucoup plus grande que la force forte.