Gluon
| Classification | |
|---|---|
| Composition |
Élémentaire |
| Groupe | |
| Interaction(s) |
| Masse |
0 |
|---|---|
| Charge électrique |
0 |
| Spin |
1 |
| Durée de vie |
Stable |
| Prédiction | |
|---|---|
| Découverte |
1979 |
Pour les articles homonymes, voirGluon (homonymie).
En physique, lesgluonssont lesbosons de jaugeresponsables de l'interaction forte.Les gluons confinent lesquarksensemble en les liant très fortement. Ils permettent ainsi l'existence desprotonset desneutrons,ainsi que des autreshadrons,et donc de l'univers que nous connaissons.
Nom
[modifier|modifier le code]Lesubstantifmasculin[1],[2]«gluon» (prononcé[ɡly.ɔ̃]enfrançais standard)[2]est unemprunt[2]à l'anglais[1],[2]gluon,substantifdérivédeglue[1],[2](«colle»)[1],[2]avec lesuffixe[1]-on[2](«-on»)[1].En physique des particules, l'anglaisgluonestattestédès[3]:sa première occurrenceconnue se trouve dans unarticledu physicien théoricien américainMurray Gell-Mann(-)[3],[4].
Caractéristiques de charge et masse des gluons
[modifier|modifier le code]Lacharge électriquedes gluons est nulle, la valeur de leur spin est 1 et chaque gluon porte unecharge de couleur(rouge, vert ou bleu, comme lesquarks), ainsi qu'une anti-charge de couleur (comme les anti-quarks). Il y a 8 différentes sortes de gluons, en fonction de leur charge et de leur anti-charge de couleur.
Dans la théorie de lachromodynamique quantique(en anglais: quantum chromodynamics, ou QCD) utilisée aujourd'hui pour décrire l'interaction forte, les gluons sont échangés lorsque des particules possédant une charge de couleur interagissent. Lorsque deux quarks échangent un gluon, leur charge de couleur change; le gluon se chargeant d'une anti-couleur compensant la perte du quark, de même que la nouvelle charge de couleur du quark. Étant donné que les gluons portent eux-mêmes une charge (et une anti-charge) de couleur, ils peuvent aussi interagir avec d'autres gluons, ce qui rend l'analyse mathématique de l'interaction forte très compliquée.
Dans la théorie des champs quantiques, la valeur théorique de la masse d’un gluon est nulle. Cependant une masse aussi grande que quelques meV/n’est pas à écarter[5].
Pourquoi huit gluons au lieu de neuf?
[modifier|modifier le code]A prioriil pourrait y avoir neuf types de gluons, un pour chaque combinaison de charge et d'anti-charge de couleur (rouge, vert, bleu, et anti-rouge, anti-vert, anti-bleu), ce qui donnerait les gluons suivants:
.
En fait, du point de vue mathématique, il existe un nombre illimité de types de gluons, chacun pouvant être en fait représenté par une combinaison linéaire des neuf états fondamentaux (aussi appelés états propres) listés ci-dessus. Par exemple, un gluon pourrait être représenté par l'état combiné.Ce genre de combinaisons linéaires d'états est assez courant enmécanique quantique,et compatible avec sa formulation.
Cependant, lachromodynamique quantiquenous enseigne que la relation linéaire suivante lie trois des états fondamentaux, du fait que les états complètement neutres du point de vue de la couleur n'interagissent pas par interaction forte:
Cela implique alors que les neuf états fondamentaux cités plus haut ne peuvent tous exister indépendamment: cette relation réduit de un le nombre des degrés de liberté correspondant. Il n'y a donc plus que huit degrés de liberté disponibles, ou huit états fondamentaux linéairement indépendants, ce qui s'interprète comme équivalent à un nombre de types de gluons distincts limité à huit seulement.
Preuve expérimentale
[modifier|modifier le code]La première trace expérimentale des gluons a été découverte en1979dans l'accélérateur de particulesPETRA(collisions électron-positron) du laboratoireDESYàHambourg,lorsque fut réalisée la preuve d'une collision à trois jets: le troisième jet fut ainsi attribué à l'émission d'un gluon par un des quarks produits.
Origine des gluons
[modifier|modifier le code]Selon la théorie duBig Bang,l'Univers primordialétait à unetempératureet unepressiontelles que les quarks et les gluons devaient être totalement libres et donc indépendants (déconfinés). Cet état est ditplasma de quarks et de gluons(PQG). Puis, alors que ce plasma se refroidissait, les gluons ont pu confiner lesquarksensemble, ce qui a permis l'existence desprotonset desneutrons,ainsi que des autreshadrons.Une expérience de physique nucléaire et hadronique nomméeALICEvise à étudier ce plasma, pour mieux comprendre la chromodynamique quantique. Ce plasma sera produit au LHC (Large Hadron Collider) duCERN,par collisions d’ions lourds (deplomb) à très haute énergie. Ces collisions devraient produire une température plus de 100 000 fois supérieures à celle qui règne au cœur du Soleil, ce qui devrait en quelque sorte faire « fondre » les protons et les neutrons de la matière, libérant les quarks de l’emprise des gluons et créant un état de la matière encore jamais observé: leplasma de quarks et de gluons[6],[7].
Dans la culture populaire
[modifier|modifier le code]Dans la série télévisée pour la jeunesseTéléchat,les Gluons sont de petits êtres ronds incarnant « l'âme des choses », desavatarsparlants qui personnalisent la matière[8].
Notes et références
[modifier|modifier le code]- Reyet al.2010,s.v.gluon.
- Tournier 1998,s.v.gluon,p.361.
- Kayas 1982,p.414.
- Gell-Mann 1962,IV,p.1073,col.1.
- http://pdg.lbl.gov/2007/tables/gxxx.pdf
- Présentation de l'expérience ALICE, du CERN,Consulté 2020/10/29
- Site Web du projet ALICE
- Éric Van Beuren,Téléchat,Paris,Éditions Tana,,160p.(ISBN979-10-301-0215-4),p.143.
Voir aussi
[modifier|modifier le code]Bibliographie
[modifier|modifier le code]
:document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.
- [Gell-Mann 1962](en)MurrayGell-Mann,«Symmetries of baryons and mesons»,Physical Review,vol.125,no3,,p.1067-1084(OCLC4644659168,DOI10.1103/PhysRev.125.1067,Bibcode1962PhRv..125.1067G,résumé,lire en ligne[PDF]).
- [Kayas 1982]Georges J.Kayas,Les particules élémentaires: de Thalès à Gell-Mann,Palaiseau,École polytechnique,horscoll.,,2eéd.(1reéd.1976), 1vol.,VII-464, 30cm(OCLC19219581,SUDOC021012229,lire en ligne).
- [Reyet al.2010]AlainRey(dir.), MarianneTomi,TristanHordéet ChantalTanet,Dictionnaire historique de la langue française,Paris,Le Robert,horscoll.,(réimpr.),4eéd.(1reéd.), 1vol.,XIX-2614, 22 × 29cm(ISBN978-2-84902-646-5et978-2-84902-997-8,EAN9782849026465,OCLC757427895,BNF42302246,SUDOC147764122,lire en ligne),s.v.gluon.
- [Taillet, Villain et Febvre 2018]RichardTaillet,LoïcVillainet PascalFebvre,Dictionnaire de physique,Louvain-la-Neuve,De Boeck Supérieur,horscoll.,,4eéd.(1reéd.), 1vol.,X-956, 17 × 24cm(ISBN978-2-8073-0744-5,EAN9782807307445,OCLC1022951339,BNF45646901,SUDOC224228161,présentation en ligne,lire en ligne),s.v.gluon,p.341,col.1-2.
- [Tournier 1998]JeanTournier,Les mots anglais du français,Paris,Belin,coll.« Le français retrouvé » (no32),,1reéd.,1vol.,621, 11,5 × 18,5cm(ISBN2-7011-2304-6,EAN9782701123042,OCLC40653529,BNF36711263,SUDOC004486080,présentation en ligne,lire en ligne),s.v.gluon,p.361.
Articles connexes
[modifier|modifier le code]Liens externes
[modifier|modifier le code]- [PDG 2019](en)Caractéristiques des gluons[PDF],Particle Data Group,.
- Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes:
