Hubert Reeves

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Les protons et les quarks

Émission du 5 mars 2006

Le mot « proton » dérive du grec « protos » qui veut dire « premier ». Dans les années 1950, les physiciens croyaient avoir trouvé, enfin, le corpuscule ultime de la réalité. Quand j'étais étudiant aux États-Unis, Georges Gamov, un des pères du Big Bang, avait annoncé aux cours qu'il était prêt à parier la moitié de sa fortune sur l'insécabilité du proton. Intimidés par le prestige de ce chercheur, nous n'avons pas osé prendre le pari. Nous avons eu tort ! Fils d'une famille émigrée de Russie au moment de la révolution communiste de 1917, Gamov était très riche … Quelques années plus tard, les quarks détrônaient les protons.

Un quark (Q, U, A, R, K) est une particule qui ne supporte pas la solitude. Il doit toujours être entouré d'autres quarks. On n'a jamais pu en isoler un seul. L'expérience qui a permis de les détecter ressemble à une mammographie. En bombardant un proton avec des électrons rapides, on voit apparaître dans son volume trois tâches distinctes comme on peut détecter des tumeurs dans un sein. En associant cette observation à d'autres phénomènes, on parvient à déterminer leurs propriétés. Ils possèdent des charges électriques qui correspondent, soit à un tiers, soit à deux tiers de celle de l'électron. À chaque quark correspond un antiquark.

Il y en a de nombreuses variétés. On les distingue par leurs « saveurs » et leurs « couleurs ». Il y a six saveurs différentes auxquelles on a donné les noms suivants : « u » comme « up », « d » comme « down », « s » comme « strange » (étrange), « c » comme « charmed » (charmé), « t » comme « top » (sommet), « b » comme « bottom » (bas). Et trois couleurs : bleu, vert, rouge. Ajoutons que ces qualificatifs n'ont aucun rapport avec le sens usuel des mots « saveurs » et « couleurs » : ce sont des termes conventionnels pour différencier les variétés de quarks.

Dans la nature, les quarks existent en triplets ou en duos. Le proton est composé de deux quarks « u » et un quark « d » ; le neutron de deux quarks « d » et un quark « u ». Les duos de quarks ou « mésons » sont des particules de brèves durées qu'on fabrique dans les accélérateurs. Alors, le quark serait-il enfin la véritable et insécable particule élémentaire recherchée depuis si longtemps ? Assagis par les désillusions antérieures au sujet des atomes et des protons, les physiciens sont devenus plus prudents, et aujourd'hui, aucun ne proposerait le pari de Gamov ! La réponse pourrait venir du grand accélérateur en construction au CERN à Genève. Pour sonder le cœur d'une particule, il faut la bombarder avec des bolides de haute énergie. Comme on a fait pour découvrir les quarks dans les protons, on bombardera les quarks pour voir ce qu'ils ont dans le ventre. On saura peut-être alors si on a atteint le bas de l'échelle, ou s'il faut plonger encore plus profond.