• Comportement du chien et
    du chat
  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
  • Biologie, neurosciences et
    sciences en général
  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
    mais de poser une limite à l'erreur infinie
    • La vie de Galilée de Bertold Brecht

Modèle standard des particules
Gluons : bosons de jauge de l'interaction forte

Sommaire
  1. Mécanique quantique
  2. Modèle standard des particules
    1. Vue d'ensemble
      1. Statistique de Fermi-Dirac
      2. Principe d'exclusion de Pauli
      3. Statistique de Bose-Einstein
      4. Antiparticules
        1. Annihilation particules/antiparticules
        2. Asymétrie baryonique de l'univers
          1. Vue d'ensemble
          2. Baryogenèse
    2. Atome
      1. Noyau
        1. Nucléons
          1. Neutron
          2. Proton
          3. Nombre de nucléons et tableau périodique
          4. Forces intervenant dans le noyau
        2. Structure nucléaire
          1. Modèle de la goutte liquide
            1. Vue d'ensemble
            2. Nombres magiques et vallée de la stabilité
          2. Modèle en couches
          3. Modèle du champ moyen
      2. Électrons
        1. Propriétés des électrons
        2. Orbitales et spin-orbitales
        3. Ionisation et ions
    3. Fermions
      1. Vue d'ensemble
      2. Quarks
        1. Vue d'ensemble
        2. Propriétés des quarks
        3. Saveurs des quarks
      3. Hadrons
        1. Baryons
          1. Vue d'ensemble
          2. Nombre baryonique
          3. Classification des baryons
            1. Baryons stables : nucléons
            2. Baryons instables
              1. Baryons Delta
              2. Baryons Lambda
              3. Baryons Sigma
              4. Baryons Xi
              5. Baryons Oméga
        2. Mésons
          1. Vue d'ensemble des mésons
          2. Propriétés des mésons
          3. Classification et liste des mésons
            1. Kaons
            2. Pions
      4. Leptons
        1. Vue d'ensemble
        2. Nombres leptoniques
        3. Propriétés des leptons
    4. Bosons
      1. Vue d'ensemble
      2. Gluons : bosons de jauge de l'interaction forte
        1. Propriétés des gluons
        2. Échanges de gluons
        3. Autres formes de gluons
      3. Photons : bosons de jauge de l'interaction électromagnétique
        1. Propriétés des photons
        2. Émission et absorpton de photons
        3. Particules et vitesse de la lumière
      4. Bosons W± et Z0 : bosons de jauge de l'interaction faible
      5. Boson de Higgs
        1. Mécanisme de Higgs
        2. Propriétés du boson de Higgs
    5. Réactions nucléaires
      1. Fusion
      2. Fission
      3. Radioactivité
      4. Photodesintegration
      5. Spallation
      6. Multifragmentation
    6. Rayonnements et interactions avec la matière
      1. Diffusion (ou choc)
      2. Rayonnements ionisants
      3. Interactions des rayonnements avec la matière
        1. interactions de photons avec la matière
        2. interactions des particules massives
  3. Interactions ou forces fondamentales
    1. Vue d'ensemble
      1. Interaction nucléaire forte
      2. Interaction électromagnétique
      3. Interaction faible
      4. Gravitation
    2. Comment expliquer que les soient portées par des particules ?
      1. Que se passe-il en mécanique quantique ?
      2. Paramètres libres
        1. Constantes de couplages
        2. Autres paramètres libres
    3. Chromodynamique quantique (QCD)
      1. Charges de couleur
        1. Couleurs des quarks
        2. Couleurs des gluons
        3. Changements de couleurs
      2. Isospin (fort ou spin isobarique)
    4. Électrodynamique quantique (QED)
      1. Vue d'ensemble
      2. Diagramme de Feynmann
    5. Interaction faible
      1. Propriétés de l'interaction faible
      2. Isospin faible
    6. Interaction électrofaible
    7. Gravitation
  4. Modèle de l'univers : Big Bang

Bibliographie

Les bosons, en tant que particules élémentaires, représentent des quanta d'énergie-impulsion qui constituent des interactions élémentaires ou fondamentales.

Gluons

Les gluons (g) sont les bosons de jauge de l'interaction nucléaire forte qui assure la cohésion de la matière ordinaire.

Les gluons sont les vecteurs de :

1. la force de couleur, en confinant les quarks (ou confinement des couleurs) dans les hadrons (baryons comme les nucléonsneutron et proton - et mésons), agit à petite échelle, moins de 0,8 femtomètre (fm), environ le rayon d'un nucléon.

Méson avec son champ de gluons
Méson avec son champ de gluons

2. La force nucléaire (ou force forte résiduelle), force de liaison entre neutrons et protons utilisée pour la cohésion des noyaux atomiques, à plus grande échelle, 1 à 3 fm, indirectement par l'échange de mésons.

En mécanique quantique, le champ de gluons est un champ de quadrivecteurs caractérisant la propagation de gluons dans l'interaction forte. Le champ de gluons construit le tenseur de force de champ de gluon.

Il joue le même rôle que le quadrivecteur potentiel dans l'électrodynamique quantique.

Propriétés des gluons

1. Leur masse et leur charge électrique sont nulles : ce sont leurs propres antiparticules.

Proton, neutrons et antiparticules
Proton, neutrons et antiparticules
(Figure : vetopsy.fr)

Pourtant, ils pourraient avoir une masse de quelques MeV.

2. Leur spin est égal à $1$.

3. Ils possèdent (cf. chromodynamique quantique) :

  • une charge de couleur (rouge, vert et bleu) comme les quarks,
  • une anti-charge de couleur (antirouge, antivert et antibleu), comme les antiquarks.

Un hadron doit toujours avoir une couleur blanche, soit un mélange des 3 quarks de couleur différente (baryons) ou un quark-antiquark dont la couleur et l'anticouleur s'annulent (méson).

Si on mélange couleurs et anticouleurs, on trouve 8 gluons, au lieu de 9 possibles, car, en mécanique quantique, le principe de superposition combine l'état des particules et sont équivalents aux matrices de Gell-Mann de trace nulle. Or, $r\bar r+v\bar v+b\bar b=0$, donc est neutre, et ne peut alors correspondre pas à un gluon.

Ces états sont indépendants (cf. explication).

  • $(r\bar b+b\bar r)\sqrt 2\qquad$ $-i(r\bar b+b\bar r)\sqrt 2$
  • $(r\bar g+g\bar r)\sqrt 2\qquad$ $-i(r\bar g+g\bar r)\sqrt 2$
  • $(b\bar g+g\bar b)\sqrt 2\qquad$ $-i(b\bar g+g\bar b)\sqrt 2$
  • $(r\bar r-b\bar b)\sqrt 2\qquad$ $(r\bar r+b\bar b-2g\bar g)\sqrt 6$
Echanges de couleur des quarks
Changements de couleurs par
échanges de gluons
(Figure : d'après Quashqailove)

Échanges de gluons

1. Les gluons sont constamment échangés entre les quarks pour confiner les couleurs dans le cas de l'interaction forte (cf. changements de couleur).

La chromodynamique quantique suit la symétrie de jauge $SU(3)$, qu'on note souvent $SU_c(3)$.

2. Les gluons peuvent aussi interagir avec d'autres gluons par cette même interaction forte.

Les gluons sont aussi porteurs indirectement, par leur présence dans les mésons, et en particulier les pions, dans la force nucléaire, force de liaison entre neutrons et protons utilisée pour la cohésion des noyaux atomiques, à plus grande échelle, 1 à 3 fm.

Autres formes de gluons

Diagramme de phase de la chromodynamique quantique
Diagramme de phase de la chromodynamique quantique
(Figure : vetopsy.fr d'après irfu.cea.fr)

On peut aussi décrire :

1. des boules de glue (" glueball en anglais ") qui serait composées uniquement de gluons, ce qui est possible grâce à la charge de couleur sensible à l'interaction forte (cf. article).

Elles sont soupçonnées, sans être identifiées spécifiquement (cf. candidats expérimentaux) et feraient intervenir la théorie des supercordes.

2. un plasma de quarks et de gluons (" quark-gluon plasma " - QGP en anglais -, appelé aussi quagma), état décrit par la chromodynamique quantique (QCD) pour des températures et/ou des densités extrêmement élevées.

Photon : boson de jauge de 
  l'interaction électromagnétique

Bibliographie
  • Pas de bibliographie disponible