Charge de couleur

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En physique des particules, la charge de couleur est une propriété des quarks et des gluons qui ont leur propre interaction forte dans le contexte de la chromodynamique quantique. Il y a une analogie avec la notion de charge électrique des particules, mais il y a beaucoup de différences techniques. La « couleur » des quarks et des gluons n'a rien à voir avec la perception visuelle des couleurs, mais c'est le nom imagé pour une propriété qui n'a presque aucune manifestation au-delà du noyau atomique.

Peu après la découverte de l'existence des quarks en 1964, on a introduit la notion de charge de couleur pour expliquer comment les quarks pouvaient coexister dans les hadrons dans des « états autrement identiques » et continuer à satisfaire le principe d'exclusion de Pauli. Le concept s'est avéré indispensable. La chromodynamique quantique s'est développée depuis les années 1970 et constitue une importante partie du modèle standard en physique des particules.

Rouge, bleu et vert[modifier | modifier le code]

On peut dire qu'une couleur de quark peut prendre 3 valeurs : rouge, vert ou bleu et qu'un antiquark peut prendre 3 anticouleurs : antirouge, antibleu et antivert (souvent représentés respectivement par cyan, jaune et magenta). De la même manière, on peut dire que les gluons sont un mélange de 2 couleurs : par exemple rouge-antivert et ils constituent leurs charges de couleur. On considère qu'il existe 8 gluons, et un neuvième qui disparaît. Cela signifie que pour une combinaison particulière : (rouge-antirouge)+(vert-antivert)+(bleu-antibleu), le gluon correspondant est sans couleur et ne doit plus être pris en compte.

Cela est dû au fait que les gluons sont en réalité dans la superposition de différents états (par exemple {r\bar{b}+r\bar{r}}\over\sqrt2) indépendants entre eux. Il n'en existe que 8 indépendants, le 9ème pouvant être créé par superposition des précédents. (cf Principe de superposition quantique)

Lois[modifier | modifier le code]

Conservation[modifier | modifier le code]

La charge de couleur fait partie des quantités vérifiant une loi de conservation lors d'une transformation, entre l'assemblage de quark initial et l'assemblage final.

Bannissement des charges nues[modifier | modifier le code]

D'après les lois de l'interaction forte, il ne peut pas y avoir de particules colorées nues, c'est-à-dire que la charge de couleur d'une particule doit être neutre (blanche). Ceci peut être obtenu soit en assemblant un quark d'une couleur avec un antiquark de l'anti-couleur opposée, ce qui donne un méson de nombre baryonique nul ; soit en combinant trois quarks chacun d'une couleur différente, ce qui donnera un baryon de nombre baryonique 1, ou trois anti-quarks donnant un anti-baryon de nombre baryonique -1. Il pourrait éventuellement exister une dernière possibilité consistant en 4 quarks et un anti-quark qui formeraient un pentaquark de nombre baryonique 1.