A la fin des années 1930, la physiquephysique atomique et subatomique avait progressé considérablement. La naissance de la mécanique quantiquemécanique quantique assurait de nouvelles bases théoriques à l'étude des phénomènes physiques à l'échelle microscopique d'une part et d'autre part les recherches expérimentales avaient fermement établi la structure de l'atomeatome. Ce dernier était composé d'un noyau constitué de protonsprotons (particule élémentaireparticule élémentaire de charge électrique positive) et de neutronsneutrons (particule élémentaire sans charge électrique) ainsi que d'électronsélectrons électriquement négatifs formant un nuagenuage autour du noyau. Alors que l'atomisme avait réduit la complexité et la diversité des matériaux qui nous entourent à 92 éléments fondamentaux classés rationnellement dans la table de Mendeleiev, au terme de la première moitié du XXe siècle les physiciensphysiciens étaient parvenus à réduire la matièrematière à la combinaison de trois particules élémentaires. La nature devenait tout à coup beaucoup plus simple.

Or, les protons confinés dans les noyaux atomiques - dont les dimensions sont de l'ordre de 10^-15 m (ou 1 femtomètre) - sont soumis à des forces de répulsion électrostatiqueélectrostatique vertigineuses. Ramenées à une massemasse de 1 kgkg, ces forces s'élèvent à 1011 N. Pour assurer la stabilité des noyaux atomiques une autre force, attractive celle-ci, doit nécessairement exister pour compenser la répulsion électrostatique, sans quoi les noyaux voleraient immédiatement en éclat. Cette force fut baptisée la force forte, en référence à son intensité considérable. La force forte, ou interaction forteinteraction forte, n'étant pas observée à notre échelle, elle doit donc agir avec une très courte portée, de l'ordre de la dimension des noyaux atomiques. Le physicien japonais Hideki Yukawa proposa en 1935 un modèle de l'interaction forte qui rendait compte des principales propriétés de celle-ci. Ce modèle introduisait trois nouvelles particules, les particules pipi ou pions, comme vecteur de l'interaction : les protons et les neutrons se collent les uns aux autres en échangeant des pions. Les pions furent découverts en 1947 par le groupe de Cecil F. Powell à partir d'émulsionsémulsions exposées au rayonnement cosmique.

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Dans le courant des années 1950 et 1960, le développement des accélérateurs de particules (cyclotronscyclotrons et synchrotrons) et de détecteurs plus efficaces comme les chambres à bulles révélèrent un paysage du monde des particules sensiblement différent : l'on dénombrait alors plusieurs centaines de particules différentes ! L'élémentarité de ces objets paraissait alors de moins en moins crédible face à cette complexité. En 1964 Murray Gell-Mann proposa une théorie dans laquelle la majorité des particules sont composées de constituants plus fondamentaux qu'il appela - en empruntant leur nom à un poème de James Joyce tiré de « The Finnegan's Wake » - les quarks.

La théorie des quarksquarks initiale prévoyait l'existence de trois quarks : les quarks u(pour up), d (pour down) et s (pour strange).
On put alors classer la multitude des particules en trois groupes :
· Des particules ne contenant pas de quarks, baptisées leptonsleptons, dont les principaux représentants sont l'électron, le muonmuon et le neutrino
· Des particules contenant deux quarks - un quark et un anti-quark - nommées mésonsmésons. Les pions sont des mésons
· Des particules contenant trois quarks - ou baryonsbaryons - comme le proton et le neutron.

Les baryons et les mésons forment une famille plus large nommée hadrons. Les hadronshadrons se distinguent des leptons en cela qu'ils sont constitués de quarks. Selon les théories actuelles, les leptons seraient de vraies particules élémentaires au même titre que les quarks.

Par analogieanalogie avec l'électrodynamique quantiqueélectrodynamique quantique, on attribua une charge aux quarks spécifique à l'interaction forte, symboliquement représentée par les trois couleurs primairescouleurs primaires : rouge, bleu et jaune. Pour cette raison, cette théorie porteporte le nom de chromodynamique quantique. Ce code de couleur est purement abstrait (il ne faut surtout pas s'imaginer que les quarks sontquarks sont colorés!). L'absence de charge de couleur (c'est-à-dire la neutralité vis à vis de l'interaction forte) se traduit par la couleur blanche, qui n'est autre que la somme des trois couleurs primaires (de la même manière que la somme +e et -e donne 0) ou la somme d'une couleur et de son anti-couleur (ou couleur complémentaire). Dans le modèle de la chromodynamique quantiquechromodynamique quantique, les forces qui collent les quarks entre eux sont véhiculées par des particules - les quanta de l'interaction - nommées gluonsgluons. A la différence du photonphoton qui n'est pas chargé, les gluons portent une charge de couleur. La théorie prévoit 8 gluons différents.

La chromodynamique quantique donne des résultats très précis, en bon accord avec l'expérience. De plus, elle a prédit l'existence de nombreuses particules qui furent découvertes par la suite, comme par exemple le célèbre J/Y composé d'un quark cquark c et de son anti-quark (noté

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) et qui va jouer un rôle fondamental, comme nous allons le voir, dans la détection du plasmaplasma quark-gluon. Mais la théorie des quarks présente un grave défaut : personne n'a pu encore observer un seul quark à l'état libre ! En d'autres mots, les ingrédients mêmes de la théorie des quarks n'ont toujours pas été mis en évidence ; les quarks restent confinés dans les hadrons.