5.9 La famille des quarks

Accueil ／ Chapitre 5 : Particules microscopiques

Aperçu en une phrase :

Dans l’image matérialisée de la Théorie des Fils d’énergie (EFT), un quark n’est pas un point mais une unité ouverte faite d’un « micro-noyau de fil » relié à un « canal de couleur ». Le noyau est un nœud local très court et très serré qui fonde la chiralité ainsi qu’une part du spin et de l’énergie d’auto-soutien. Le canal de couleur est un couloir de forte tension tiré hors de la mer d’énergie (Energy Sea) ; ce n’est ni une paroi tubulaire matérielle ni un second fil, et l’unité ne se ferme qu’en s’amarant à d’autres quarks pour équilibrer le bilan énergétique. Par conséquent, seuls des composites sans couleur globale (mésons, baryons, états liés riches en gluons) subsistent durablement ; un quark isolé ne peut pas être séparé à l’échelle macroscopique.

I. Image physique minimale : noyau + canal de couleur (trois couleurs = trois voies interchangeables)

• Noyau de fil :
• Un minuscule nœud d’un fil d’énergie (Energy Threads) au sein de la mer d’énergie. Il fixe la chiralité et contribue au spin et à l’inertie (énergie d’auto-soutien). Les différences de « saveur » (up, down, strange, charm, bottom, top) s’interprètent comme des écarts d’ordre d’enroulement et de modes de phase.
• Canal de couleur (corridor de fil de couleur) :
• Portée : il ne s’agit pas d’extraire le corps du fil, mais d’un port de couleur au niveau du noyau qui excite dans la mer d’énergie un couloir de tension. « Couleur » renvoie à trois voies d’orientation indépendantes mais interchangeables.
• Orientation de confinement : quand les trois vecteurs d’orientation d’un composite somment à zéro (état sans couleur), le lointain se « referme » et la structure devient stable.

Précision : le corridor de couleur n’est pas un objet solide ; c’est une bande d’orientation sous tension formée dans l’espace. Les gluons sont des paquets de phase-énergie qui se propagent le long de ce corridor lors d’un échange ou d’un reliage ; ce ne sont pas de « petites billes ».

II. Confinement matérialisé : pourquoi ne voit-on jamais un quark isolé ?

Considérons deux quarks séparés mais reliés par un corridor de forte tension :

• Plus on tire, plus on paie : la tension du corridor reste à peu près constante, donc l’énergie croît presque linéairement avec la distance.
• Issue plus économique : au-delà d’un seuil, la mer d’énergie se reconnecte près du milieu et nucléise une paire quark–antiquark (q–q̄), ce qui coupe le long corridor en deux courts corridors qui se referment chacun en méson.

Conclusion : en expérience, on observe des jets et une « pluie de mésons », et non pas un quark unique arraché.

III. Comment les hadrons s’assemblent : mésons, baryons et fermeture en Y

• Méson (q + q̄) :
• Un corridor de couleur quasi rectiligne amarre deux noyaux de fil, et l’ensemble est sans couleur.
• Baryon (q + q + q) :
• Trois corridors de couleur convergent vers une jonction en Y dans l’espace, solution moins coûteuse qu’un pourtour triangulaire. La somme des trois vecteurs d’orientation est nulle, et la structure se ferme.
• Échange de gluons :
• Des paquets de phase/flux courent le long des corridors et transfèrent l’occupation entre les trois voies, ce qui se manifeste comme un échange de couleur.

IV. Saveurs (up, down, strange, charm, bottom, top) : ordre d’enroulement et durée de vie

• Plus l’ordre d’enroulement ou le mode est élevé, plus le coût de nucléation augmente ; la particule est plus lourde et sa durée de vie plus courte, avec une tendance à décroître vers des ordres plus bas.
• Le quark top est extrêmement lourd et se désintègre très vite, si bien qu’il n’hadronise souvent pas, en accord avec les observations.

V. Masse, charge et spin : où se règle le bilan

1. Masse : deux postes de dépense
   • Énergie d’auto-soutien du noyau (courbure/torsion).
   • Énergie de tension stockée dans le corridor de couleur (l’« inventaire énergétique » du corridor).
   • Ainsi, l’énoncé « la majeure partie de la masse du proton provient de l’interaction forte » devient concret : la tension dans les fins corridors l’emporte largement sur toute « masse nue » des quarks.
2. Charge (pourquoi des tiers)
3. L’apparence électromagnétique d’un quark vient d’une polarisation directionnelle du champ proche autour du noyau. Une partie de ce budget directionnel est consommée par le corridor de couleur, si bien que sa projection électromagnétique donne des unités fractionnaires : le type up conserve davantage (+2/3), le type down moins (−1/3).
4. Alignement numérique : les valeurs de charge restent exactement ±1/3 et ±2/3 ; nous proposons une rationalisation matérialisée sans changer les nombres admis.
5. Spin (qui contribue à quoi)
6. Le twist global du noyau plus les ondes torsionnelles et le moment cinétique des gluons dans le corridor composent le spin effectif. Les répartitions internes varient selon les hadrons et expliquent les décompositions expérimentales du spin, où le spin des quarks n’en représente qu’une partie.

VI. Comportement d’échelle : quasi-libre à courte portée, fortement lié à longue portée

• Très courte distance (grand Q^2) :
• Quand les noyaux se rapprochent, la section du corridor s’élargit et l’impédance baisse ; les échanges ressemblent à un « tunnel large bande », et les quarks paraissent presque libres (liberté asymptotique).
• Écartement (petit Q^2) :
• Les corridors deviennent plus fins et plus tendus ; l’énergie croît approximativement avec la distance. Le système rompt et crée des paires, puis revient à une forme hadronique fermée (confinement).

Ainsi, liberté asymptotique et confinement figurent sur le même bilan énergétique.

VII. Correspondance avec le Modèle standard (traduction de langage, sans conflit)

• Trois couleurs ↔ trois corridors d’orientation (visualisation géométrique des voies de couleur).
• Gluons ↔ paquets de phase/flux circulant dans les corridors qui acheminent l’occupation, et non des billes.
• Confinement et jets ↔ croissance linéaire de l’énergie avec la distance + reconnexion conduisant à la création de paires.
• Structure interne des hadrons ↔ méson fermé par corridor rectiligne, baryon fermé par jonction en Y.
• Masse principalement issue de l’interaction forte ↔ tension du corridor + énergie d’auto-soutien du noyau dominantes.
• Charge fractionnaire ↔ projection électromagnétique d’une polarisation de champ proche après consommation par les corridors de couleur.
• Non-hadronisation du quark top ↔ temps de nucléation supérieur au temps de désintégration.

VIII. Conditions de validité (essentiels alignés sur les données existantes)

• Diffusion inélastique profonde (DIS) et partons :
• À grand Q^2 et en DIS, l’image converge vers la vision en partons ; les fonctions de distribution de partons (PDF) et les lois d’échelle établies demeurent.
• Cohérence électromagnétique :
• Les charges restent ±1/3 et ±2/3. Les facteurs de forme et leur dépendance en énergie restent conformes aux mesures.
• Spectroscopie et hadronisation :
• Les spectres de résonances, les topologies de jets et les fonctions de fragmentation restent dans les barres d’erreur. Le langage intuitif « potentiel linéaire + rupture par création de paires » ne doit introduire aucun pic artificiel.
• Conservation et stabilité dynamique :
• Les conservations de couleur, saveur, énergie, momentum, moment cinétique et nombre baryonique sont strictement respectées. Aucune inversion cause-effet ni emballement spontané.
• Visualiser ≠ changer les nombres :
• Les métaphores corridor/paquet/jonction en Y servent d’intuitions ; les paramètres et ajustements usuels demeurent inchangés.

En résumé

Un quark est un noyau de fil plus un corridor de couleur. Le corridor est une voie sous forte tension tirée de la mer d’énergie qui verrouille plusieurs noyaux en un ensemble sans couleur. Plus on étire, plus le coût grimpe, jusqu’à ce qu’une reconnexion engendre une nouvelle paire et ramène le système à des hadrons fermés. C’est pourquoi nous observons jets et hadrons, plutôt que des quarks isolés, et c’est ainsi que masse, spin et charge fractionnaire trouvent une place naturelle dans cette cartographie matérialisée.

Figures

1. Unité « quark » (noyau + corridor naissant)

• Message : un quark seul est ouvert ; il doit s’arrimer à d’autres pour être stable.
• Repères de lecture : double anneau = noyau ; arc clair = corridor de couleur ; jaune = paquet de gluon ; dégradé gris = « bassin » peu profond.
• Gluon : un paquet jaune en forme d’« arachide » se déplace le long du corridor ; il représente un paquet phase-énergie (un échange ou un reliage), non une bille.
• Front de phase : un arc bleu épaissi en tête sur le noyau suggère une phase verrouillée.
• Corps principal : un noyau à gauche (double anneau compact, centre auto-soutenu) ; à droite, un arc clair figurant le corridor de couleur (bande sous tension, non tubulaire).

2. Méson (q + q̄, fermeture par corridor rectiligne)

• Message : le méson est un « corridor unique et rectiligne » fermé aux deux extrémités.
• Repères : doubles anneaux aux extrémités = noyaux q et q̄ ; bande claire centrale = corridor ; paquet jaune = gluon ; aucune flèche électrique (neutralité de couleur).
• Fronts de phase : un arc bleu à chaque extrémité ; un paquet jaune au milieu du corridor indique l’échange de couleur.
• Corps principal : un noyau de chaque côté, amarres par un corridor quasi droit ; l’ensemble est sans couleur.

3. Baryon (voir § 5.6 Proton et § 5.7 Neutron)
   Trois quarks, trois corridors fusionnant en une jonction centrale en Y. Les autres calques (double trait du noyau, arcs de phase bleus, « coussin » de transition, lignes fines du lointain et dégradé concentrique) suivent le même système visuel.