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Modèle d'interaction forte

La composition des noyaux par des protons et des neutrons est connue dans les années 1920-1930. Pendant longtemps le proton a été considéré comme une particule élémentaire bien que possédant une distribution de charge non ponctuelle comme le montrent dans les années 1950 des expériences sondant le noyau avec des électrons. C'est en 1964 que M. Gell-Mann et G. Zweig émettent pour la première fois l'idée des quarks, identifiée plusieurs années après au modèle de partons de J. Bjorken et R. Feynman. Les quarks sont découverts en 1968 ; pour cela, J. Friedman, H. Kendall et R. Taylor se veront decerné le prix Nobel de physique 1990. L'interaction forte est modélisée par la chromodynamique quantique (QCD1.10) qui est établie en 1973 et dès lors, on commence à pouvoir interpréter les phénomènes nucléaires et en particulier la composition des mésons et des baryons.

En théorie quantique des champs, les calculs analytiques exacts sont rarement possibles ; le calcul perturbatif permet d'obtenir des approximations par le développement en puissance de la constante de couplage. Les constantes électrofaibles restent suffisamment petites pour que ce développement soit une bonne approximation du résultat aux premiers ordres de perturbation. La constante de couplage de l'interaction forte $ \alpha_s$ diminue en fonction du moment de transfert $ Q$ (voir figure 1.4). La QCD est donc perturbative et ainsi calculable à faible distance (grand Q) : c'est la liberté asymptotique. Cependant, à grande distance (faible Q), la constante de couplage devient trop importante est les calculs perturbatifs ne sont plus valides.

Figure: Variation de la valeur de la constante de couplage fort $ \alpha _S$ en fonction de $ Q$.
\begin{figure}\begin{center}
\epsfig{file=Theorie/include/alphaS.eps, height=7cm}\parbox{15cm}{}\end{center}\end{figure}
Le vecteur de la force forte est le gluon, il a une masse et une charge électrique nulles. Les gluons sont les bosons de jauge de la symétrie $ SU(3)_C$ de couleur. Il y a 3 charges de couleurs différentes nommées arbitrairement rouge, vert et bleu. Les gluons véhiculent et portent deux charges de couleur (à la différence du photon qui ne porte pas de charge électrique); il y a 8 gluons. Ils n'interagissent qu'avec d'autres gluons et avec les quarks, à la différence des bosons électrofaibles qui interagissent avec les leptons et les quarks mais pas avec eux-mêmes1.11.



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Jean Roch Vlimant 2005-09-19