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quark

(d'une phrase de J. Joyce dans son roman Finnegans Wake : « Three quarks for Mr. Mark »)

Nom générique donné aux quantons fondamentaux, se présentant par triplets et dont sont constitués tous les hadrons.

Les quarks, découverts dans les années 1960, sont les constituants des nucléons (protons et neutrons), les particules constitutives des noyaux atomiques. Ils participent à toutes les interactions. Il en existe six espèces différentes. Pour décrire leurs propriétés, on a choisi d'utiliser des noms imagés, faute d'analogie avec quoi que ce soit de connu.

Saveurs et couleurs

La caractéristique qui, en dehors de la charge électrique, permet de distinguer les quarks est appelée « saveur ». Les six saveurs, caractéristiques des six espèces de quarks, sont dénommées : up (u), down (d), étrangeté ou strange (s), charme (c), beauté (b) et vérité, truth ou top (t). Le top est le dernier des quarks à avoir été mis en évidence, en 1994, apportant ainsi la confirmation du bien-fondé du modèle standard des particules élémentaires.

Chaque saveur peut exister en trois variétés, qui portent les noms de « couleurs » : rouge, vert et bleu. De même que la masse permet à une particule de réagir à la gravitation et la charge électrique à la force électromagnétique, la couleur rend les quarks sensibles à l'interaction nucléaire forte, responsable de leurs associations et de la cohésion des noyaux atomiques. Cette force ne se manifeste pas au niveau macroscopique : les trois couleurs se compensent mutuellement pour former la matière globalement « incolore ». Une autre particularité des quarks est le confinement : il est impossible de les obtenir individuellement à l'état libre.

Les doublets de quarks

Comme les leptons, les quarks se présentent en doublets. Il existe un doublet de quarks (u et d) auquel fait pendant un doublet de leptons (neutrino et électron). L'électron a une charge électrique (prise par convention égale à − 1), contrairement au neutrino. Il y a aussi une différence d'une unité entre la charge du quark d (− 1/3) et celle du quark u (+ 2/3). Deux quarks u et un quark d forment un proton (charge globale + 1). Deux quarks d et un quark u forment un neutron (charge globale nulle). L'électron, le quark u et le quark d sont les constituants exclusifs de la matière ordinaire.