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Quand les quarks se sont libérés grâce à l’interaction forte

Il y a 40 ans, les quarks gagnaient leur liberté – du moins théorique - et la théorie moderne de l'interaction forte commençait à prendre forme

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Il y a 40 ans, les quarks gagnaient leur liberté – du moins théorique - et la théorie moderne de l'interaction forte commençait à prendre forme.

Nous célébrons cette année le 40e anniversaire d’une découverte révolutionnaire : plus les quarks sont proches les uns des autres moins ils interagissent, découverte qui jeta les bases de la chromodynamique quantique, ou QCD, la théorie moderne de l’interaction forte.

En 1972, on ne pouvait encore rien dire sur la nature des quarks ; quant à l’interaction forte, même si elle n’était pas complètement inconnue, elle faisait l’objet de nombreuses théories divergentes.  Aucune de ces théories n’offrait un cadre permettant d'effectuer des calculs sur la base de prédictions claires et démontrables.  En moins de deux ans, la situation changea radicalement, lorsque se fit jour, sous plus ou moins sa forme actuelle, la théorie de la chromodynamique quantique, ou QCD.

David Gross, Frank Wilczek et David Politzer franchirent ensuite une étape décisive lorsqu’ils constatèrent que l’interaction forte faiblit à mesure que le distance entre les particules diminue. Cette découverte a permis d’effectuer des calculs maîtrisés et, ainsi,  des équations précises et sophistiquées. Soumis au printemps de l’année 1973, deux articles – l’un de David Gross et de Frank Wilczek, son étudiant, et l’autre de David Politzer – furent publiés parallèlement dans la revue Physical Review Letters du mois de juin. Ils décrivaient comment la force d’interaction entre les quarks diminue à mesure qu’augmente l’énergie, ce qui rend les quarks « asymptotiquement libres » aux énergies élevées ou, de façon équivalente, lorsqu’ils sont proches les uns des autres à l’intérieur des protons et des neutrons.

Les quarks et l’interaction forte font désormais partie intégrante des fondements de la physique des particules, et sont bien compris dans le cadre du Modèle standard. David Gross, David Politzer et Frank Wilczek reçurent en 2004 le prix Nobel de physique « pour leur découverte de la liberté asymptotique dans le cadre de la théorie de l’interaction forte ». 

En savoir plus: "A watershed: The emergence of QCD" –un article (en anglais) par David Gross et Frank Wilczek dans le Courier du CERN