Interaction forte et leptons

[benamour2]

Bonjour. Je voudrais savoir pourquoi les leptons ne sont pas réceptifs à l’interaction forte. Pas moyen de trouver la cause...

Merci d'avance.
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[coussin]

Les leptons ne contiennent pas de quarks. L'interaction forte agit sur les quarks.

[Deedee81]

Salut,

Les leptons ne contiennent pas de quarks. L'interaction forte agit sur les quarks.

Et sur les gluons Mais il n'existe pas de particule composée uniquement de gluons.

Plus généralement, pour qu'il y ait sensibilité à l'interaction forte il faut que la particule porte une charge forte = charge de couleur.
Et seuls les gluons/quarks ont une telle charge.

Et on appelle hadron les particules composées de quarks. En fait, initialement, les quarks n'étaient pas connus, et on appelait hadron les particules sensibles à l'interaction forte et lepton celles insensibhles à l'interaction forte. C'est donc presque une tautologie : un lepton n'est pas sensible à l'interaction forte car on appelle lepton toute particule insensible à l'interaction forte Mais bon, l'explication par les quarks et la charge est quand même plus satisfaisante

[benamour2]

Ok merci. Je ne connaissais pas du tout cette notion de couleur des quarks. Je crois avoir plutôt bien compris. La couleur est une propriété de chaque quark. Un quark peut changer de couleur en émettant un gluon qui interagit avec d'autre quark. Le gluon est donc la particule échangée lors de l'interaction forte. Au sein d'un proton par exemple, il faut un mélange de quark donnant une couleur résultante blanche. Les quarks changent donc en permanence de couleur en échangeant des gluons. Est-ce bien cela ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Ok merci. Je ne connaissais pas du tout cette notion de couleur des quarks. Je crois avoir plutôt bien compris. La couleur est une propriété de chaque quark. Un quark peut changer de couleur en émettant un gluon qui interagit avec d'autre quark. Le gluon est donc la particule échangée lors de l'interaction forte. Au sein d'un proton par exemple, il faut un mélange de quark donnant une couleur résultante blanche. Les quarks changent donc en permanence de couleur en échangeant des gluons. Est-ce bien cela ?

C'est tout à fait juste.

Evidemment c'est une charge au même titre que la charge électrique (sauf que la charge forte résulte de la symétrie SU(3) et la charge électrique de la symétrie U(1)).
La couleur est une analogie (mais bhien pratique).

Il y a trois couleurs de base (dont la somme est blanche = neutre, tout comme charge électrique + et - donne 0) et trous couleurs complémentaires (antimatière).
Un gluon porte une couleur + une couleur complémentaire, ce qui devrait faire 9 sortes de gluons mais il n'y a en fait que 8 états de base car il y a une contrainte
(voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Gluon#...lieu_de_neuf_? )

Voir aussi : https://en.wikipedia.org/wiki/Quark_model
et son modèle octet

Le fait que l'on doit avoir un total blanc est dû au confinement lui-même dû au fait que l'interaction forte est asymptotiquement libre.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Confinement_de_couleur
https://fr.wikipedia.org/wiki/Libert%C3%A9_asymptotique

En gros ça revient à dire que l'interaction augmente avec la distance (au lieu de diminuer comme pour les autres interactions).
Ce comportement ne peut se produire qu'avec le groupe SU(3), cela se démontre dans la difficile théorie du groupe de renormalisation.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Groupe_de_renormalisation

Le confinement se comprend intuitivement bien de cette manière : si on écarte deux quarks, l'interaction augmente. Il faut fournir une énergie considérable qui finit par créer d'autres quarks. Résultat : pas de quarks (ou gluons) isolés.

Mais techniquement c'est difficile à calculer. L'interaction forte a malheureusement une constante d'interaction (l'équivalent de la constante de structure fine pour l'EM) proche de 1. Le calcul perturbatif ne marche donc qu'à très haute énergie ou la valeur effective devient suffisamment petite pour que les calculs convergent (ce qui a permit de valider la théorie dans les grands accélérateurs de particules). A basse énergie (par exemple pour le confinement), le calcul ne peut pas se faire ainsi. On effectue alors un calcul sur réseau qui nécessite des super calculateurs. Ce n'est que récemment qu'on a pu vérifier que les propriétés du proton sont données avec une bonne précision par la chromodynamique, on a pu aussi calculer la part de l'énergie cinétique, du moment angulaire, etc... dans la masse du proton.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Chromo...ur_r%C3%A9seau

Avec le confinement, la carge forte = 0. Mais tout près du hadron, il y a une force résiduelle à courte portée, l'interaction nucléaire, véhiculée par des "assemblages" de quarks tel que des mésons pi (on a aussi des rho et autres, mais la contribution majeure est le pi appelé aussi méson de Yukawa qui avait postulé son existence)
https://fr.wikipedia.org/wiki/Force_nucl%C3%A9aire

Là aussi, interaction difficile à traiter. Mais ça rend le tout très passionnant (quand c'est trop simple c'est barbant )

Cette théorie est difficile et peu intuitive. Ainsi, le comportement asymptotique semblait dire qu'à TRES haute énergie les quarks et gluons se comportent comme des particules libres.
En percutant des noyaux à très haute énergie on devait obtenir ainsi un plasma de quarks et gluons se comportant comme un gaz parfait.
Raté et surprise : il se comporte comme un superfluide.
Ce que le calcul a confirmé quand on a compris qu'on avait fait trop d'approximation
https://fr.wikipedia.org/wiki/Plasma_quarks-gluons