• 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
Chromodynamique quantique (QCD)

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

définition

La chromodynamique quantique (QCD) est une théorie physique des interactions fortes qui décrit les interactions entre les quarks et les gluons qui composent les hadrons.

Hugh David Politzer, Frank Wilczek et David Gross reçurent le prix Nobel de physique en 2004 pour cette découverte effectuée en 1973.

Couleurs des quarks et antiquarks
Couleurs des quarks et antiquarks
(Figure : vetopsy.fr)

La QCD fait intervenir la théorie quantique des champs, théorie de jauge non-abélienne.

Charges de couleur

Les deux groupes de particules élémentaires à porter une charge de couleur, qui n'est pas blanche, sont :

bien

En conséquence, la force nucléaire forte ne peut s'exercer que sur ces deux types de particules.

Les termes utilisés, " couleurs ", ne doivent pas être considérés littéralement (cf. perception des couleurs).

  • La synthèse additive des couleurs montre que la combinaison des couleurs rouge, verte et bleue permet d'obtenir la couleur blanche.
  • Cette couleur est considérée, dans la QCD, comme " neutre ", i.e. charge neutre combinat les trois charges de couleur.

Couleurs des quarks

Les six quarks possèdent un nombre quantique appelée charge de couleur et un quark peut être :

  • rouge
  • vert
  • bleu

Les antiquarks ont une charge de couleur opposée :

  • antirouge (cyan : bleu + vert),
  • Liberté asymptotique
    Constante de couplage $\alpha_S$ de
    l'interaction forte et liberté asymptotique
    antivert (magenta : bleu + rouge),
  • antibleu (jaune : vert + rouge).

La symétrie qui intervient est une symétrie de jauge de couleur $SU(3)$, notée $SU_c(3)$.

Le nombre baryonique peut être relié aux charges de couleur, dans le sens qu'on ne peut observer que des particules blanches à nombre baryonique entier (confinement des couleurs ou des quarks).

En effet, l'interaction forte liant les quarks décroît avec la distance jusqu'à devenir nulle à la distance $0$, contrairement aux autres forces.

La variation de la constante de couplage de l'interaction forte ($\alpha_S) est donnée par :

Après une distance égale à environ la taille d'un hadron (≈ 10-15 m=1 fm), la force devient constante (environ 105 newtons), quelle que soit la distance entre les quarks.

  • À des énergies très élevées, on peut alors créer des mésons, autres hadrons, de couleur blanche, constitués d'une paire de quarks/antiquarks, i.e avec un quark d'une couleur, et l'antiquark avec l'anticouleur.
  • Ce confinement des quarks expliquent que dans les accélérateurs de particules, lors de collisions, on observe uniquement des jets hadroniques et pas des jets de quarks isolés ou des rayonnements.
  • Toutefois, on peut créer des plasmas quark-gluon dans lequel ces particules sont quasiment libres à des températures et/ou des densités extrêmement élevées.

Couleurs des gluons

Les huit gluons possèdent :

  • une charge de couleur (rouge, vert et bleu) comme les quarks,
  • une anti-charge de couleur (antirouge, antivert et antibleu), comme les antiquarks.
Changements de couleurs par échanges de gluons
Changements de couleurs par
échanges de gluons
(Figure : d'après Quashqailove)

Si on mélange couleurs et anticouleurs, on devrait en trouver neuf (cf. explication).

Changements de couleur

1. Les gluons sont constamment échangés entre les quarks pour confiner les couleurs dans les hadrons (baryons et mésons).

Soit, par exemple, un gluon bleu-antirouge :

  • Si un quark bleu émet un gluon bleu-antirouge, il devient rouge, i.e. de la couleur de l'anticouleur du gluon,
  • Le quark rouge qui absorbe ce même gluon devient bleu, i.e. de la couleur du gluon.

Dans la figure la charge de couleur est au centre, la charge d'anticouleurs à l'extérieur.

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

  • Par exemple, un gluon bleu-antirouge peut absorber un gluon vert-antibleu pour se transformer en gluon vert-antirouge.
  • C'est une particularité de cette interaction, car dans les autres, cet effet est négligeable (W+ et W- dans l'interaction faible par exemple).
Bibliographie
  • Pas de bibliographie disponible