Méson

Un méson est, en physique des particules, une particule composite (c’est-à-dire non élémentaire) composée d'un nombre pair de quarks et d'antiquarks.

Le terme « méson » vient du grec μέσον, meson, qui signifie « le milieu, la juste mesure ».

Caractéristiques

Quelques mésons de spin 0

Quelques mésons de spin 1

Les mésons sont des hadrons possédant un spin entier, et donc appartiennent à la famille des bosons.

Dans le modèle standard, les mésons sont des composés d'un nombre pair de quarks et d'antiquarks. Tous les mésons sont instables et possèdent une durée de vie moyenne très courte.

Familles

La famille des mésons est composée :

de mésons formés d'une paire quark-antiquark — les quarks de valence — ;
et d'une « mer » de mésons formés de paires quark-antiquark et de gluons.

Les quarks de valence d'un méson peuvent exister comme superposition d'états de saveur ; par exemple, le pion neutre π⁰ n'est pas formé d'une paire up-antiup ou down-antidown mais d'une superposition des deux. Les mésons pseudoscalaires (de spin 0 et parité impaire) possèdent une énergie au repos minimale, leurs quarks possédant un spin opposé, tandis que les mésons vecteurs (de spin 1) possèdent deux quarks ayant un spin parallèle.

Liste

Cette table présente les caractéristiques de quelques mésons. Elle n'est pas exhaustive.

Famille	Symbole	Antiparticule	Quarks	Spin	Masse (MeV/c²)	S	C	B	Durée de vie (s)
Pion	π⁺	π^–	ud̄	0	139,6	0	0	0	2,60 × 10⁻⁸
	π^–	π⁺	ūd	0	139,6	0	0	0	2,60 × 10⁻⁸
	π⁰	Lui-même	(uū - dd̄)/√2[alpha 1]	0	135,0	0	0	0	0,83 × 10⁻¹⁶
Kaon	K⁺	K^–	us̄	0	493,7	+1	0	0	1,24 × 10⁻⁸
	K^–	K⁺	ūs	0	493,7	-1	0	0	1,24 × 10⁻⁸
	K⁰	K̄⁰	ds̄	0	497,7	+1	0	0	—[alpha 2]
	K_S⁰	K_S⁰	(ds̄ - sd̄)/√2[alpha 1]	0	497,7	—[alpha 3]	0	0	0,89 × 10⁻¹⁰
	K_L⁰	K_L⁰	(ds̄ + sd̄)/√2[alpha 1]	0	497,7	—[alpha 3]	0	0	5,2 × 10⁻⁸
Êta	η⁰	Lui-même	(uū + dd̄ - 2ss̄)/√6[alpha 1]	0	548,8	0	0	0	5,0 × 10⁻¹⁹
	η'	Lui-même	(uū + dd̄ - ss̄)/√3[alpha 1]	0	957,8	0	0	0	3,39 × 10⁻²¹
	η_c	Lui-même	cc^–	0	2 980,3	0	0	0	2,30 × 10⁻²³
	η_b	Lui-même	bb^–	0	9 390,9	0	0	0	-
Rho	ρ⁺	ρ^–	ud̄	1	770	0	0	0	0,4 × 10⁻²³
	ρ^–	ρ⁺	ūd	1	770	0	0	0	0,4 × 10⁻²³
	ρ⁰	Lui-même	(uū - dd̄)/√2[alpha 1]	1	770	0	0	0	0,4 × 10⁻²³
Phi	φ	Lui-même	ss̄	1	1 020	0	0	0	20 × 10⁻²³
D	D⁺	D^–	cd̄	0	1 869,4	0	+1	0	10,6 × 10⁻¹³
	D^–	D⁺	c̄d	0	1 869,4	0	-1	0	10,6 × 10⁻¹³
	D⁰	D̄⁰	cū	0	1 864,6	0	+1	0	4,2 × 10⁻¹³
	D̄⁰	D⁰	c̄u	0	1 864,6	0	-1	0	4,2 × 10⁻¹³
	D_S⁺	D_S^–	cs̄	0	1 969	+1	+1	0	4,7 × 10⁻¹³
	D_S^–	D_S⁺	c̄s	0	1 969	-1	-1	0	4,7 × 10⁻¹³
J/Ψ	J/ψ	Lui-même	cc̄	1	3 096,9	0	0	0	7,2 × 10⁻²¹
B	B⁺	B^–	ub̄	0	5 279	0	0	+1	1,5 × 10⁻¹²
	B^–	B⁺	ūb	0	5 279	0	0	-1	1,5 × 10⁻¹²
	B⁰	B⁰	db̄	0	5 279	0	0	+1	1,5 × 10⁻¹²
Upsilon	ϒ	Lui-même	bb̄	1	9 460,4	0	0	0	1,3 × 10⁻²⁰

Historique

Avant la découverte des quarks, les mésons étaient considérés comme les vecteurs de l'interaction forte. En particulier, l'interaction entre les nucléons peut s'interpréter comme l'échange de pions virtuels, fournissant la partie attractive du potentiel de Yukawa.

Le premier méson découvert fut le pion, en 1947 (le muon, découvert en 1936, fut initialement nommé « méson µ », mais fut par la suite reconnu comme un lepton). Initialement, Hideki Yukawa avait nommé ces particules des « mésotrons », mais Werner Heisenberg — dont le père était professeur de grec à l'Université de Munich — lui fit remarquer que le terme grec mesos ne possédait pas de tr, d'où le terme de « méson ».

Dans les années 1950, les physiciens étudient les « gerbes » de mésons produits à partir de collisions nucléon-nucléon à très grande énergie [1] et identifient deux grandes familles de mésons, répondant respectivement l'une à la théorie de Heisenberg et l’autre à la théorie de Fermi.

Notes et références

Notes

Superposition de plusieurs paires quark-antiquark. La composition des mésons en termes de quarks telle qu'indiquée n'est pas tout à fait exacte du fait de la masse non nulle des quarks. Dans le cas des kaons, le petit terme prenant en compte la violation de la symétrie CP n'est en outre pas indiqué.
K⁰ ne possède pas de durée de vie moyenne définie.
K_S⁰ et K_L⁰ ne possèdent pas d'étrangeté définie.

Références

Hoang, T. F. (1953). Sur la production des mésons dans les collisions nucléon-nucléon à très grande énergie. J. phys. radium, 14(6), 395-406

Voir aussi

Bibliographie

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Sakurai, J. J. (1962). Possible Existence of a T= 0 Vector Meson at 1020 MeV. Physical Review Letters, 9(11), 472.Review Letters, 87(9), 091802.

Liens externes

(en) Caractéristiques des mésons d'après le Particle Data Group

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