Les quarks et leur interpretation

EXTRAITS DE WIKIPEDIA

Les hadrons (particules lourdes) sont constitués de quarks, comme l'ont supposéGell-Man et Néman en 1964. L'hypothèse des quarks a été confirmée par l'étude desdiffusion profondément inélastique d'électrons sur des nucléons, qui mit en évidence trois centres diffuseurs. Les quarks ont cette caractéristique que l'on ne les observe jamais seuls et ne peuvent exister de manière isolée (phénomène de confinement) : ils s'assemblent ainsi en hardrons

La diffusion profondément inélastique est le processus utilisé pour sonder l'intérieur des hardrons à l'aide d'un faisceau de leptons tels que des électrons des muons ou des neutrinos .. Le lepton incident vient interagir avec une partie du hadron par l'intermédiaire d'un boson, en général un photon virtuel. Le terme « inélastique » provient du fait que l'interaction entre le lepton et le hadron est la plupart du temps inélastique tandis que le terme « profondément » est lié à la grande valeur de l'impulsion transférée par le photon entre le lepton et le hadron (voir aussi le site .

Ce processus a permis dans les années 1960 au SLACla première mise en évidence de l'existence des quarks en tant que particules réelles, alors qu'ils n'étaient considérés jusque là que comme des objets purement mathématiques.

Une collision inélastique est une collision au cours de laquelle l'énergie des corps qui entrent en collision est totalement ou en partie convertie en énergie interne dans au moins un des corps. L'énergie cinétique n’est pas conservée.La non-conservation de l'énergie cinétique peut dans le cas d'un choc de corps macroscopiques être due à une déformation des deux corps qui se heurtent : la déformation d'une boule de pâte à modeler heurtant une boule de pétanque, par exemple, consomme de l'énergie sous forme de travail.

En physique nucléaire une collision inélastique est une collision dans laquelle une particule frappe un autre élément (particule ou noyau) en l'excitant ou en le transformant. La diffusion profondément inélastique est une méthode utilisée pour explorer la structure des particules subatomiques de façon similaire à celle qu' Enerst Rutheford utilisa pour explorer l’intérieur de l’atome. De telles expériences ont été effectuées sur des protons dans les années 1960 en se servant d'un faisceau d'électrons de haute énergie au SLAC. Les expériences de diffusion profondément inélastique des électrons sur une cible de proton ont révélé que les charges dans les protons sont localisées dans des sous-particules, ce qui rappelle la diffusion de Rutheford qui montra que les charges dans un atome étaient concentrées dans le noyau.

COMMENTAIRES

L’’idée que les deux principales particules de matière permanente (proton, neutron) sont constituées de sous ensemble – les quarks - est pour le moins étrange. Cela d’autant plus que la théorie dite du « confinement » interdit à jamais d’en apporter la preuve puisque les différents quarks seraient liés de telle façon que la force croît à mesure qu’on tente de les séparer. Ce statut épistémologique inquiétant est  justifié seulement par les expériences destinées à les mesurer. En quoi consistent ces expériences ? A diffuser cad à projeter des électrons très accélérés pour mesurer leurs déviations provoquées par la cible (diffusion inélastique). Nonobstant le respect et l’admiration qu’on doit garder par ces expériences très sophistiquées, on peut les illustrer en imaginant de projeter des balles de tennis sur une statue dissimulée pour déterminer quels sont ses angles saillants et tenter d’en déduire sa forme et les déformations provoquées en analysant les angles différents de leurs rebonds. En conclura-t-on pour autant que cette statue est constituée de sous parties ? Les réactions d’une particule  sont déterminées par sa structure externe, sa forme, le champ des ondes qui l’entourent. Rien ne nous dit qu’elle soit une sphère parfaite et on peut supposer que la répartition différente des charges, d’où est issue l’idée de quarks comme sous constituants, a pour origine la forme particulière de la particule et la structure du champ d’ondes pouvant réagir de  manière variée selon l’angle d’attaque.

On comprend mal en effet pourquoi et comment une particule de la taille du fermi pourrait être composée de matériaux de nature différente, dont les fonctions, leur charge voire leur « masse »  ne seraient pas identiques. Ici, comme dans d’autres domaines de la physique se joue la question de l’interprétation d’une expérience. Nous ne mettons pas en doute ni les mesures ni l’intérêt du modèle des quarks pour rendre quelque peu cohérent le « zoo » des particules.

Nous pourrions suggérer qu’une particule est une petite boule de matière compacte de densité uniforme en rotation sur elle-même dont l’architecture exacte peut être effectivement déterminée par des expériences de diffusion. De sous parties, nous n’en pouvons imaginer l’existence, ce qui supposerait qu’existât un vide entre ces quarks. Dés lors : une même expérience plusieurs interprétations possibles et, puisqu’on ne pourra jamais démontrer la réalité des quarks en les isolant, nous mettons au défi  les « quarkers » de récuser cette hypothèse.