Leur existence a été soupçonnée en 1964 par le physicien américain Murray Gell-Mann (prix Nobel 1969) essayant de mettre de l'ordre dans la diversité des particules élémentaires connues. La situation de la physique fondamentale s'est énormément compliquée depuis 1945. On pensait, à cette époque, que le proton, l'électron, le positon, le photon et le neutrino étaient les particules les plus élémentaires, insécables, et dont l'assemblage expliquait notre monde. Aujourd'hui, la liste des particules élémentaires identifiées comprend plus de trois cents noms ! On est bien loin de la simplicité espérée en 1945, bien qu'on sache les classer empiriquement en cinq grandes familles : les leptons, les antileptons, les mésons, les baryons et les antibaryons.

L'hypothèse de Gell-Mann apporte une simplification : à partir de combinaisons de trois quarks dénommés p, n et λ, et des trois antiquarks correspondants ρ̄, η̄ et λ̄, il arrive à reconstituer toutes les particules connues, à l'exception des quatre leptons (électron, positon, muon, antimuon), de leurs quatre neutrinos associés et du photon. Les groupements de deux quarks formeraient les mésons, les associations de trois quarks constituant les baryons et les antibaryons.

Objections nombreuses

De nombreux physiciens considèrent les quarks tout au plus comme un artifice mathématique, sorte de moyen mnémotechnique utile par sa simplicité, mais dénué de réalité. En effet, la charge électrique des quarks devrait être une fraction de celle de l'électron, alors que toutes les expériences de la physique s'expliquent d'après eux en supposant cette charge insécable ; ils en veulent pour preuve les résultats négatifs de la chasse aux quarks menée dans tous les laboratoires depuis 1964.

Cinq traces

Les objections à l'interprétation des expériences de Mc Custer étaient si nombreuses qu'à la fin de la conférence de Budapest la majorité des physiciens concluait à une fausse alerte. Mais, en février 1970, Mc Custer apporte des données plus récentes établissant le sérieux de ses prétentions. Pour Budapest, il avait analysé plus de 50 000 clichés de traces laissées par des rayons cosmiques de très grande énergie traversant des chambres à ionisation ; d'après la densité des traces, on peut calculer la charge électrique des particules qui les produisent. Mc Custer avait trouvé cinq traces de densité normalement faible ; elles semblaient révéler le passage à grande vitesse d'une particule de charge 2/3 de celle de l'électron, c'est-à-dire d'un quark. Le passage de particules de charge électrique entière à des vitesses faibles peut aussi produire les mêmes traces ; mais une analyse statistique opérée par Mc Custer dans sa dernière publication établit que ce n'est pas ce qui s'est produit.

Enfin, un cliché pris récemment avec une chambre à bulles de l'Argonne National Laboratory de l'Illinois montre une trace du type de celles de Mc Custer.

De nombreuses expériences restent donc à faire avant que la cause des quarks soit définitivement entendue.

Fusion de noyaux légers par laser

Le Commissariat à l'énergie atomique a fait connaître, en décembre 1969, les résultats extrêmement importants obtenus au Centre d'études de Limeil. Un groupe de chercheurs s'y efforçaient depuis 1967 d'obtenir des réactions de fusion à l'aide du rayon laser. Il est possible que leurs travaux aient ouvert la voie à la domestication de l'énergie thermonucléaire, objectif qui, depuis une vingtaine d'années, a suscité beaucoup d'espérances, mais aussi de nombreuses déceptions.

L'expérience de Limeil

Les recherches de pointe se poursuivent actuellement avec des machines très puissantes, en URSS (Basov, prix Nobel, à l'Institut Lebedev de Moscou) et aux États-Unis (Lubin à Rochester, Gobeli à Albuquerque). C'est dans ce contexte que des chercheurs français se sont placés soudain au premier rang en mettant en évidence les premières réactions de fusion directement engendrées par l'action du faisceau laser.

La fusion des noyaux légers exige des températures de plusieurs millions de degrés, maintenues durant un certain temps minimal, et développées au sein d'une matière suffisamment dense (une plus grande densité abaisse la durée minimale nécessaire, et réciproquement). Le simple énoncé de ces conditions fait entrevoir les difficultés à vaincre. Une matière chauffée à plusieurs millions de degrés (et devenue un plasma, c'est-à-dire que les électrons sont arrachés aux atomes) ne peut être contenue dans un récipient matériel. Dans les essais entrepris jusqu'ici, on a confiné le plasma dans un champ magnétique ; mais de tels systèmes se sont révélés très instables. Par ailleurs, un plasma n'est pas facilement un milieu dense.