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Prix Nobel de physique 2004 : l'aliénation des quarks

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L'Académie royale des sciences de Suède a attribué le prix Nobel de physique à trois Américains : David Gross, David Politzer et Frank Wilczek, pour leurs travaux théoriques sur l'interaction forte qui agit entre les quarks.

David Politzer, Frank Wilczek et David J. Gross (Photo : PRB)

Pour la 77e fois (sur 175) depuis 1901, les lauréats du prix Nobel de physique sont des Américains, confirmant un peu plus encore la domination sans conteste de ces derniers. Nobélisables depuis des années, David Gross, David Politzer et Frank Wilczeck ont enfin été récompensés pour leurs travaux menés en 1973 à l'université de Californie (Santa Barbara).

Dans deux articles publiés cette même année dans Physical Review Letter, l'un cosigné par David Gross et Frank Wilczek, l'autre signé par David Politzer, les physiciens ont fait état de leur théorie ayant trait à une propriété insigne de l'interaction forte baptisée « liberté asymptotique » des quarks. Grâce notamment au formalisme mathématique alors récent des « théories de jauge non abéliennes », ils ont pu mettre à jour le fait que l'interaction forte, dite aussi force « de couleur », augmente de manière inversement proportionnelle à la distance qui sépare les quarks. Deux quarks en interaction seraient comme deux billes reliées par un ressort : plus elles tendent à se rapprocher, plus la compression du ressort se fait sentir, d'où une force de rappel d'autant plus importante.

Les quarks, découverts neuf ans plus tôt par deux autres physiciens américains, Murray Gell-Mann et George Zweig, évoluent toujours par paires ou trios. La « liberté asymptotique » correspond en fait à l'unique état où il serait possible d'observer un quark seul ; le phénomène ne peut se produire que lorsque la distance entre les quarks tend vers zéro. Dans ce cas, la situation est telle que les quarks sont considérés comme ayant un comportement de particule libre.

Entre autres, ces travaux ont permis d'ouvrir la voie de la théorie de la chromodynamique quantique (QCD). En plus de leur charge électromagnétique, les quarks possèdent un autre attribut, poétiquement nommé « couleur » (les couleurs sont au nombre de trois : rouge, vert et bleu). De la même manière que l'interaction électromagnétique n'agit que sur les particules possédant une charge Q non nulle, l'interaction forte n'agit que sur les particules portant une caractéristique baptisée "couleur". C'est ce que stipule la QCD.

« Cette théorie a été une contribution importante au modèle standard, théorie selon laquelle toute la physique est liée à la force électromagnétique, la force faible et la force forte », a déclaré le comité Nobel chargé de sélectionner les lauréats du prix. Le modèle standard de la physique des particules (en abrégé "modèle standard") est la théorie actuelle qui permet d'expliquer tous les phénomènes observables à l'échelle particulaire et donc par conséquent tous les phénomènes physiques naturels, excepté la gravitation qui résiste encore aux efforts des théoriciens.

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