Par Richard Webb
Question: quand est une force pas une force? Réponse: quand c’est n’importe où en dehors du noyau atomique. C’est du moins le cas avec la force nucléaire forte, l’une des quatre forces fondamentales de la nature (les autres étant l’électromagnétisme, la gravité et la force nucléaire faible).
la force forte maintient ensemble les quarks, les particules fondamentales qui composent les protons et les neutrons du noyau atomique, et maintient en outre ensemble les protons et les neutrons pour former des noyaux atomiques., En tant que tel, il est responsable de la stabilité de la matière. Son énorme puissance est également ce qui est libéré dans le processus de fusion nucléaire dans le soleil, ou de fission nucléaire dans une bombe nucléaire.
sur des échelles subatomiques d’environ 1 femtomètre, soit 10-15m , c’est de loin la plus forte des quatre forces, 137 fois plus forte que l’électromagnétisme et un million de fois plus forte que l’interaction faible. (La gravité est si faible qu’elle n’est absolument pas pertinente sur ces échelles.) Le fait qu’il soit insignifiant à plus grande échelle est l’effet paradoxal d’une bizarrerie étrange à force forte., Le photon, qui transmet la force électromagnétique, n’a pas de charge électrique, mais les particules appelées gluons qui transmettent la force forte portent la « charge de couleur”équivalente. Ils participent donc à leur propre force et peuvent interagir avec eux-mêmes.
le résultat est que, alors que l’électromagnétisme s’affaiblit lorsque les particules chargées électriquement sont plus éloignées les unes des autres, si vous essayez de tirer les quarks et les gluons qui les lient, la force entre eux devient plus forte et les renvoie ensemble., Ce phénomène, connu sous le nom de liberté asymptotique, signifie que les effets de force forte ne sont jamais ressentis au-dessus d’une certaine échelle de longueur. Cela explique également pourquoi ni les quarks ni les gluons ne peuvent avoir une existence autonome. Ils n’apparaissent jamais que dans le cadre de particules composites plus grandes, telles que les protons et les neutrons.
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Il existe toute une ménagerie de telles particules, formées de combinaisons de six types, ou « saveurs” de quarks – up, down, strange, charm, bottom et top – plus leurs antiparticules équivalentes., Les combinaisons de quarks autorisées sont déterminées par deux autres complications.
Tout d’abord, les quarks portent non seulement une charge de couleur, mais aussi une charge électrique d’une fraction d’un entier: +2/3 (quarks haut, charme et haut), -1/3 (quarks bas, étrange et bas), -2 / 3 (antiquarks haut, charme et haut) ou +1/3 (antiquarks bas, étrange et bas). Les particules composites composées de quarks, cependant, ne sont autorisées à avoir qu’une charge électrique entière. Deuxièmement, il n’y a pas seulement un type de charge de couleur, comme il y en a avec la charge électrique, mais trois: rouge, vert et bleu., Les quarks contenus dans les particules peuvent changer de couleur tant qu’ils conservent un équilibre global entre les couleurs.
le résultat net de tout cela est qu’il n’y a que deux sortes viables de composés quarks: les baryons, formés de trois quarks (et leurs antibaryons équivalents, formés de trois antiquarks); et les mésons, qui sont des paires quarks-antiquarks.,
le proton et le neutron, les seules particules de force forte à avoir une existence permanente dans notre monde actuel, sont tous deux des baryons, avec les configurations de quarks (uud) pour le proton, avec sa charge électrique +1; et (udd) pour le neutron, résultant en une charge électrique neutre globale. La différence dans les configurations signifie également que le neutron est juste si légèrement plus lourd que le proton. Ce fait signifie que le proton, pour autant que l’on sache, ne se désintègre pas – une condition préalable de base à la stabilité de la matière atomique, et donc à notre existence.,
le modèle de quark a été conçu par les physiciens Murray Gell-Mann et George Zweig indépendamment au début des années 1960 (le nom « quark” était un mot absurde de Finnegans Wake de James Joyce dont Gell-Mann aimait le son). Ses motifs sous-jacents expliquaient une profusion de particules de masses différentes qui apparaissaient dans des expériences d’accélérateur apparemment sans rime ni raison à l’époque., En 1973, David Gross et Frank Wilczek, et indépendamment David Politzer, ont découvert la propriété clé de la liberté asymptotique qui sous – tend la chromodynamique quantique, ou QCD, la théorie quantique des champs de la force forte-une réalisation pour laquelle tous trois ont partagé le prix Nobel de physique 2004.
la QCD est l’une des deux théories quantiques des champs, avec l’électrodynamique quantique ou QED, la théorie unifiée de l’électromagnétisme et la force nucléaire faible, qui forment ensemble l’association lâche connue sous le nom de modèle standard de la physique des particules., Il reste un grand espoir des physiciens que QCD et QED pourraient un jour eux-mêmes être unis dans une seule théorie. On pense que l’électrofaible et les forces fortes ont agi comme un dans les premiers moments incroyablement chauds de l’univers. Trouver des preuves de cette « grande théorie unifiée » nécessiterait de recréer ces conditions hautement énergétiques, une tâche actuellement au-delà même du Grand collisionneur de hadrons du CERN, le plus musclé des collisionneurs de particules que nous ayons.
pendant ce temps, la CDQ reste une force diaboliquement difficile à effectuer seule., La myriade d’interactions de force forte entre quarks et gluons au sein de particules telles que les protons et les neutrons ne peut être traitée que par approximations, dans une technique connue sous le nom de réseau QCD. C’est l’une des raisons pour lesquelles certains faits assez basiques de force forte, tels que la taille d’un proton, restent très contestés.