Qu'est-ce qu'un Quark?

Un quark est une minuscule particule théorique qui compose les protons et les neutrons du noyau atomique. Avec les gluons, les quarks constituent également des hadrons plus exotiques, tels que les mésons, qui ne sont pas stables. On l'appelle théorique, car si son existence suppose une meilleure théorie de la physique, elle n'a jamais été observée directement.

Avec les leptons - électrons, muons, tau et leurs neutrinos et antiparticules associés - les quarks constituent toute la matière visible de l'univers. Ce sont les seules particules fondamentales qui interagissent entre elles à travers les quatre forces fondamentales: force nucléaire forte, force nucléaire faible, force électromagnétique et gravité. Une propriété fondamentale de ces particules est le confinement - tous les quarks constituent des hadrons et ne sont nécessairement jamais indépendants. Des descriptions de leurs propriétés physiques sont issues de la chromodynamique quantique (QCD), la théorie de la force nucléaire forte qui unit le noyau de l'atome.

Comme toutes les autres particules subatomiques, les quarks peuvent être décrits de manière exhaustive par trois nombres quantiques: spin J, parité P et masse m. Parce qu'elles ne sont jamais isolées, ces propriétés doivent être déduites en observant les particules les plus grosses qu'elles composent. Il existe six types connus: haut, bas, charme, étrange, haut et bas. Ces noms sont purement arbitraires et ne suggèrent rien sur les propriétés de chaque quark.

La matière normale qui constitue la majorité de l'univers est composée de quarks de haut en bas, qui sont les particules les plus claires. Un proton est composé d'un quark up et d'un quark, tandis qu'un neutron est constitué d'un quark down et d'un quark.

Les quarks ont des masses variables, mesurées en GeV (giga électron-volt) par rapport à la vitesse de la lumière au carré. Les particules subatomiques sont mesurées en termes d'énergie produite plutôt qu'en masse en grammes. Le quark down est environ deux fois plus massif que le up. L'étrange est environ 20 fois plus massif que le quark down. Le quark de charme est environ 10 fois plus massif, suivi du fond, qui est environ trois fois plus massif que le dernier, et enfin du quark du haut, qui est le plus massif de tous. L'augmentation de la masse tend à correspondre à la rareté de la particule et nécessite des conditions physiques plus exotiques pour sa manifestation.

Les physiciens sont à la recherche de la matière théorisée pour les quarks, un réseau hypothétique constitué de quarks continus reliés par des gluons. On ne sait pas encore si ce type de matière est physiquement possible. Si tel est le cas, il se trouverait probablement au cœur d’étoiles extrêmement compactes qui ne se sont pas encore effondrées dans un trou noir.