Quark top

Quark top
Propriétés générales
Classification	Fermion
Composition	Élémentaire
Propriétés physiques
Masse	170,9 ± 1,8 GeV.c-2
Charge électrique	⅔ e
Spin	½
Durée de vie	10-25 s

Le quark top (souvent abrégé en quark t) est un quark, une particule élémentaire de la physique des particules.

Propriétés

Comme tous les quarks, le quark top est un fermion. Il s'agit d'un quark de 3^e génération possédant une charge électrique de ⅔ e, le quark le plus massif avec une masse de 170,9 ± 1,8 GeV.c^-2 (presque autant qu'un atome d'or qui contient 79 protons , 118 neutrons et 79 électrons soit 183,5 GeV.c^-2).

L'antiparticule du quark top est l'antiquark top, de charge électrique -⅔ e.

Le quark top interagit principalement par l'intermédiaire de l'interaction forte mais ne peut se désintégrer que par celle de l'interaction faible, presque exclusivement en un boson W et un quark bottom. Le modèle standard lui prédit une durée de vie d'environ 10⁻²⁵s, soit environ 20 fois moins que l'ordre de grandeur des durées des interactions fortes. En conséquence, le quark top n'hadronise pas.

Histoire

Dans les années précédant la découverte du quark top, on réalisa que certaines mesures de précision des masses et des couplages des bosons vecteurs de l'interaction électrofaible étaient très sensible à la valeur de la masse du quark top. Ces effets permirent la détection indirecte du quark top, même si celui-ci ne pouvait pas être produit à l'époque. Ces effets conduisirent Gerard 't Hooft et Martinus Veltman à prédire en 1994 une masse du quark top comprise entre 145 et 185 GeV (ce qui leur valut en partie le prix Nobel de physique en 1999).

Le quark top fut directement observé par les expériences CDF en 1994^[1] puis DØ en 1995^[2], au Tevatron (Fermilab) ; les collisions proton-antiproton à une énergie de 1,8 TeV qui ont lieu dans cet accélérateur permettent une production de milliers de quark top par an. Il a ensuite été observé au LHC (CERN) en 2010^[3]. Le LHC et le Tevatron sont les deux seuls endroits sur terre où cette particule a pu être observée. Le processus de production dominant produit le quark top en compagnie de son antiparticule, lesquels se désintègrent immédiatement en quarks b et bosons W. Le boson W se désintègre ensuite hadroniquement ou leptoniquement.

Après la découverte de l'autre quark de 3^e génération (le quark bottom) en 1977, une tentative fut faite pour les nommer « beauté » et « vérité » ; cet usage ne se maintint pas et les quark furent nommés bottom et top.

Une particule rare et très massive

Douze ans après sa découverte le quark top est l'un des sujets d'étude de la physique des hautes énergies (physique Terascale) . Pourquoi est-il si massif ? Que peut-il nous révéler des origines de la masse des particules ? Sa masse est reliée par les mathématiques à celle du boson de Higgs. La mesure de la masse du quark top doit être précisée (actuellement précision de 1 %). Il est bien entendu que massif ne veut pas dire étendu. Sa durée de vie ne lui permet pas de participer au confinement.

Le Large Hadron Collider (LHC , CERN , Suisse) devrait produire 7 fois plus de quarks top que le Tevatron (par millions).

Voir aussi

Articles connexes

• Fermion
• Quark

Liens externes

• (en) Caractéristiques du quark top (Particle Data Group)

Notes et références

1. ↑ F. Abe et al. (CDF Collaboration), « Observation of Top Quark Production in Antiproton-Proton Collisions with the Collider Detector at Fermilab », dans Physical Review Letters, vol. 74, 1995, p. 2626–2631 [lien DOI] 
2. ↑ S. Abachi et al. (DØ Collaboration), « Search for High Mass Top Quark Production in Proton-Antiproton Collisions at √s = 1.8 TeV », dans Physical Review Letters, vol. 74, 1995, p. 2422–2426 [lien DOI] 
3. ↑ CMS collaboration, « First Measurement of the Cross Section for Top-Quark Pair Production in Proton-Proton Collisions at sqrt(s)=7 TeV », dans Physics Letters B, vol. 695, 2011, p. 424-443 [lien DOI]