Quark étrange

Quark étrange

Au centre, le symbole de la particule.
En bas, son nom usuel le plus courant.
En haut à gauche (de haut en bas), sa masse, sa charge et son spin.
La vignette indique une masse de 104MeV/c²correspondant à l’estimation maximale duParticle Data Groupfigurant dans son rapport de 2016.

Propriétés générales

Classification	Particule élémentaire
Famille	Fermion
Groupe	Quark
Génération	Deuxième
Interaction(s)	Forte,électromagnétique,faible,gravitation
Symbole	s
Antiparticule	Antiquark strange

Propriétés physiques

Masse	95+9 −3MeV/c2
Charge électrique	-⅓e
Spin	½

Historique

Prédiction	Murray Gell-MannetGeorge Zweig(indépendamment l’un de l’autre), 1964
Découverte	1968
Découvreur	Centre de l’accélérateur linéaire de Stanford

Lequark étrange(souvent appeléquarkstrangeen empruntant la terminologie anglophone, et également nomméquark s) est unquark,uneparticule élémentairedumodèle standard de la physique des particules.

L’UIPPAdéfinit le symbolescomme son nom officiel, désignantstrangecomme une appellation d’intérêt mnémotechnique.

Avec lequarkcharm,il fait partie des quarks dedeuxième génération.Comme tous les quarks dechargenégative, sa charge électrique est de −1/3e(celle des quarks électropositifs est de +2/3e). Samasse au reposde 95+9
−3MeV/c²en fait le troisième quark le plus léger après lesquarks d(down) etu(up).Au même titre que tous les quarks, sonspinest de 1/2, ce qui suffit à le qualifier defermionmais pas deleptonpuisqu’en tant que quark il est soumis aux quatreinteractions fondamentales,dont l’interaction forte.Sonantiparticuleest l’antiquarkstrange(parfois appeléantistrange), noté${\overline {s}}$.

Le quarkstrangepos sắc de en outre unepropriété intrin sắc queappeléeétrangetédont la valeur est de S = -1 (et S = 1 pour son antiquark) qui, dans le cas desparticules compositesdétermine expressément leur stabilité. Du fait de ses propriétés singulières, il détermine commeparticule étrangetouthadron(particule composée de quarks) qui contiendrait au moins un quark (ou antiquark)strangede valence, et plus spécifiquement commehypérontoutbaryond’étrangeté non nulle.

Historique

Diagramme de désintégration des quarks.

Lors des premiers temps de laphysique des particules(première moitié duXX^esiècle), les hadrons comme leproton,leneutronet lespionsétaient considérés comme des particules élémentaires. Toutefois, de nouveaux hadrons furent découverts; si très peu étaient connus dans les années 1930 et 1940, en particulier à cause des limitations techniques de l’époque (les chercheurs utilisaient deschambres à brouillard), cela n’était déjà plus le cas dans les années 1950. Cependant, si la plupart de ces particules se désintégrant par l’interaction forte avaient unedurée de viede l’ordre de 10⁻²³seconde, certaines, se désintégrant par l’interaction faible,atteignaient une durée de vie de l’ordre de 10⁻¹⁰seconde. Une durée de vie aussi longue semblait contredire les prédictions d’alors, compte tenu de la masse des particules concernées. C’est en étudiant ces désintégrations queMurray Gell-Mann(à partir de1953)etKazuhiko Nishijima(en1955)développèrent le concept d’étrangeté (que Nishijima appelaeta-charge,d’après leméson êta(η)) qui qualifiait la propriété responsable de la durée de vie « étrangement » longue de ces particules. Laformule de Gell-Mann–Nishijimarésulte de ces efforts pour comprendre ces désintégrations étranges.

Cependant, les relations entre chaque particule et les principes physiques sur lesquels reposait la propriété d’étrangeté étaient encore obscures. En 1961, Gell-MannetYuval Ne’eman(indépendamment l’un de l’autre) propo sắc rent un mode de classification des hadrons nommévoie octuple,ou en termes plus techniques, symétrie desaveursSU(3).Les hadrons étaient ainsi classés par multiplets d’isospins.Les principes d’isospin et d’étrangeté, encore abstraits alors, ne furent réellement expliqués qu’en 1964, lorsque Gell-MannetGeorge Zweig(indépendamment l’un de l’autre) propo sắc rent le modèle des quarks, à ce moment constitué des seuls quarksup,downetstrange.Les quarksupetdownétaient porteurs d’isospin, alors que le quarkstrangeportait la propriété d’étrangeté. Mais alors que le modèle des quarks expliquait la voie octuple, il n’y eut aucune preuve expérimentale de l’existence des quarks avant 1968 auCentre de l’accélérateur linéaire de Stanfordoù des expériences dediffusion profondément inélastiquemirent en évidence l’existence de sous-structures dans les protons. Le modèle des quarks, proposant trois sous-structures de valence pour un proton (ce qui expliquait parfaitement les données de l’expérience), était confirmé.

Pour qualifier ces trois sous-structures, le concept de quarks a d’abord rencontré une certaine réticence, le modèle despartonsproposé parRichard Feynmanétant bien plus populaire,mais avec le temps le modèle des quarks finit par prendre sa place (voir larévolution de novembre).

À propos du nomstrange

Le quarkstrange(de l’anglais signifiantétrange) fut ainsi nommé lorsque Murray Gell-Mann et George Zweig développèrent le modèle des quarks en 1964; la première particule étrange (particule possédant un quarkstrangede valence) fut cependant découverte dès 1947 avec la détection dukaon.

La découverte du kaon précéda donc l’introduction du concept d’étrangeté, qui elle-même précéda l’appellation destrangepour ce quark dont le symbole s demeure le nom officiel.

Hadrons

Parmi les hadrons contenant un ou plusieurs quarksstrangede valence, on peut citer:

• leskaons,mésonscontenant un quark ou un antiquarkstrangeet un quark ou un antiquarkupoudown;
• lesmésons ηet η’,superpositionde plusieurs paires quark-antiquark, dont une paire quark-antiquarkstrange;
• leméson φ,méson vecteurconstitué d’une unique pairestrange-antistrangede valence;
• les hypérons, baryons d’étrangeté non nulle; les baryonsΛ⁰,Σ,etΞ_ccontiennent un quarkstrangede valence, les Ξ⁰,Ξ⁻etΩ⁰_cen contiennent deux et le baryon Ω⁻en contient trois.

Articles connexes

• Quark
• Étrangeté
• Fermion
• Strangelet
• Kaon
• Méson J/Ψ
• Étoile étrange
• Hypéron