Hadron

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Schéma de l'intérieur d'un proton : deux quarks up et un down. Leur charge de couleur évolue dynamiquement par l'échange de gluons.

Un hadron est un composé de particules subatomiques régi par l'interaction forte. Dans le modèle standard de la physique des particules, ces particules sont composées de quarks, d'anti-quarks et de gluons.

Les particules constituant un hadron ont été appelées de manière générique partons, terme en désuétude à ce jour.

Les quarks (ou antiquarks) présents dans le hadron tout le long de son existence sont appelés quarks de valence, à l'opposé des particules (paires quark-antiquark et gluons) qui apparaissent et disparaissent en permanence dans le hadron, du fait de la mécanique quantique, et qui sont appelées particules virtuelles. Les gluons sont les vecteurs de l'interaction forte qui maintient les quarks ensemble pour former le hadron.

Hadrons communs[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : Méson et Baryon.

Les hadrons communs sont classés selon leurs constituants en différentes sous-familles :

Hadrons exotiques[modifier | modifier le code]

Historique[modifier | modifier le code]

D'autres formes de hadrons ont été imaginées par les théoriciens dans les années 1960 mais n'avaient pas été encore observées. Ils ont été dénommés hadrons exotiques.

  • Les "baryons exotiques" sont théoriquement formés d'un nombre impair de quarks et d'antiquarks. Les plus connus sont les pentaquarks qui sont formés de quatre quarks et d'un antiquark. Les premières données expérimentales laissant penser que le pentaquark serait apparu durant différentes expériences ont été controversées.
  • Les "mésons exotiques" sont théoriquement formés d'un nombre pair de quarks et d'antiquarks. Parmi eux, les tétraquarks, qui sont formés de deux quarks et de deux antiquarks. Les premières données expérimentales laissant penser que le tétraquark serait apparu durant différentes expériences ont été controversées[1].
  • Les "mésons hybrides" sont théoriquement formés d'une paire quark-antiquark et d'un gluon réel (c'est-à-dire qui existe en permanence et non pas fugitivement lors de l'interaction entre deux quarks). Les mésons hybrides n'ont pas été observés pour l'instant.
  • Les boules de glu (en anglais, glueballs) sont théoriquement uniquement composées de gluons et ne comportent pas de quarks de valence. Ces états sont très difficiles à distinguer des mésons ordinaires mais pourraient expliquer certains comportements étranges lors d'interactions entre hadrons et leptons (voir théorie de Regge (en)).

Situation[modifier | modifier le code]

La recherche de hadrons exotiques a mis en évidence leur existence en Juillet 2015 au LHC et en juin 2016 au LHCb et confirmé les hypothèses faites dans les années 1960[2].

La recherche des multiquarks, les particules formées de plus d'une paire de quarks se poursuit : L'enjeu est une meilleure compréhension de la chromodynamique quantique et de l'interaction forte, l'une des quatre forces fondamentales à l’œuvre dans le cosmos.

Le tétraquark est composé de quatre quarks. Un quatuor de tétraquarks a été découvert au LHCb en juin 2016[3].

Le premier pentaquark, formé de quatre quarks et d'un antiquark, a été mis en évidence au LHC en juillet 2015[4].

Résonances hadroniques[modifier | modifier le code]

Comme les hadrons sont des particules composites, ils peuvent aussi exister sous des états excités que l'on appelle résonances hadroniques. Un grand nombre de ces états excités ont été observés pour chacun des types de hadrons. Ces états s'estompent rapidement (en quelque 10−24 s), par l'interaction forte.

L'hadronthérapie[modifier | modifier le code]

C'est l'utilisation d'ions légers de haute énergie pour le traitement de tumeurs. Ces ions présentent deux avantages sur les photons largement utilisés en radiothérapie classique:

  • Ils ont une très bonne balistique, et permettent un ciblage très précis
  • Ils déposent un maximum d’énergie en fin de parcours (pic de Bragg).
  • Quand il s'agit d'ions carbone, l'efficacité en termes de destruction des cellules tumorales est - à dose égale - très supérieure à celle des photons ou des protons.

Ces avantages nécessitent en contrepartie un contrôle plus efficace.

Article détaillé : Hadronthérapie.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. « Evidence grows for tetraquarks », physicsworld.com
  2. Georg Wolschin, « Des quarks aux pentaquarks », Pour la Science, no 471/M02687,‎
  3. Pour la science 471, p. 23
  4. Pour la science 471, p. 22