La physique des particules est le sous-champ de la physique qui traite de l'étude des particules subatomiques élémentaires - les particules qui composent les atomes. Au début du 20ème siècle, de nombreuses découvertes expérimentales ont suggéré que les atomes, qui étaient considérés comme la plus petite composante de la matière, étaient constitués de particules encore plus petites. De nouvelles théories ont été conçues pour expliquer cela (comme le modèle standard de physique des particules), de nombreuses nouvelles expériences ont été conçues (utilisant des équipements tels que les accélérateurs de particules) et il est apparu progressivement que les particules constituaient des atomes encore plus dégradés. Deux exemples de ces particules sont les quarks et les leptons, et bien que ces types de particules aient beaucoup en commun, leurs différences sont souvent marquées.
Les quarks et les leptons sont des particules fondamentales
Quarks (nommés par Le lauréat du prix Nobel, Murray Gell-Mann, après une citation dans le livre "Finnegan's Wake" de James Joyce) et les leptons sont actuellement considérés comme les particules les plus fondamentales qui existent; c'est-à-dire qu'ils ne peuvent pas être décomposés en d'autres particules constituantes. Les quarks et les leptons ne sont pas eux-mêmes des particules; ils se réfèrent plutôt à des familles de particules, chacune contenant six membres. La famille des quarks se compose de particules haut, bas, haut, bas, charmes et étranges, tandis que les leptons sont constitués des particules d'électron, de neutron électronique, de muon, de neutron muon, de tau et de tau. Il y a également des antiparticules associées à chaque particule, l'antiparticule étant le miroir opposé à la particule correspondante (par exemple ayant la charge opposée).
Les leptons ont une charge entière; Les quarks ont une charge fractionnaire
Les leptons ont une charge électrique d'une unité de charge fondamentale (définie comme la charge d'un électron unique), dans le cas de l'électron, du muon ou du tau, ou sans charge, dans le cas des neutrinos correspondants. Les quarks, d'autre part, ont chacun des charges fractionnaires (+/- 1/3 ou +/- 2/3, selon le quark). Lorsque ces quarks sont regroupés, la somme de leurs charges est toujours égale à une charge entière. Par exemple, si deux quarks up et un quark down (avec des charges respectives de +2/3 et -1/3) sont regroupés, la somme des charges s'élève à +1 et une nouvelle particule est créée. Cette nouvelle particule est le proton, l'un des composants majeurs du noyau atomique.
Les leptons peuvent exister librement; Les quarks ne peuvent pas
Alors que les quarks ont tous une charge fractionnaire, un quark n'existera jamais librement dans la nature; C'est à cause d'une force fondamentale connue sous le nom de «force forte». La force forte, qui est médiée par des particules porteuses de force appelées gluons, agit à l'intérieur du noyau des atomes et maintient les quarks attirés les uns aux autres. La force entre les quarks augmente à mesure qu'ils se séparent, assurant qu'un quark libre n'est jamais détecté. Le domaine d'étude dédié aux interactions entre quarks et gluons s'appelle la chromodynamique quantique (QCD). Les leptons, d'autre part, sont des particules très "indépendantes" et peuvent être isolées.
Les quarks et les leptons sont soumis à différentes forces fondamentales
Il y a quatre forces fondamentales dans la nature: la force forte (qui maintient les noyaux atomiques et les quarks), la force faible (responsable de la désintégration radioactive), la force électromagnétique (qui aide à maintenir les atomes ensemble) et la force gravitationnelle (qui agit sur la masse ou l'énergie de l'univers) ). Les quarks sont soumis à toutes les forces fondamentales; les leptons, d'autre part, sont soumis à toutes les forces, à l'exception de la force forte. C'est parce que la force forte a une portée très courte, typiquement plus petite que celle d'un noyau atomique; par conséquent, la force forte est généralement confinée à cette zone. D'autre part, les forces faibles, électromagnétiques et gravitationnelles peuvent agir sur une distance beaucoup plus grande que la force forte.
