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En 1964, deux physiciens ont proposé indépendamment l’existence des particules subatomiques appelées quarks.

Les physiciens Murray Gell-Mann et George Zweig travaillaient indépendamment sur une théorie de la symétrie d’interaction forte en physique des particules. Dans ce cadre, ils ont proposé que les propriétés importantes des particules interagissant fortement – les hadrons – puissent être expliquées si elles étaient constituées de particules constitutives.

En 1961, Gell-Mann avait introduit un schéma de symétrie qu’il appelait la Voie Octuple, basé sur la symétrie mathématique connue sous le nom de SU (3). Le schéma (pour lequel il a reçu le prix Nobel de physique en 1969) classait les hadrons en deux groupes principaux, plutôt que le Tableau périodique classe les éléments chimiques.

Gell-Mann a construit sur ces travaux un nouveau modèle qui pourrait décrire avec succès – entre autres – les propriétés magnétiques des protons et des neutrons. Mais le modèle de Gell-Mann nécessitait l’existence de trois nouvelles particules élémentaires, qu’il appelait « quarks ». »

Gell-Mann dit qu’il a d’abord trouvé le son « quork », puis a trouvé par hasard l’expression « Trois quarks pour la marque de rassemblement » dans Finnegans Wake de James Joyce. Comme Joyce avait vraisemblablement l’intention que le mot rime avec « Marque », les gens ont été divisés sur la prononciation depuis.

Le physicien George Zweig a apporté sa contribution sur le terrain alors qu’il était visiteur au CERN dans un article daté du 17 janvier 1964, dans lequel il proposait :  » Les mésons et les baryons sont construits à partir d’un ensemble de trois particules fondamentales appelées aces. »Bien que le nom de Zweig pour les particules ne colle pas, il a montré que certaines propriétés des hadrons pouvaient être expliquées en les traitant comme des triplets d’autres particules constitutives.

Les quarks de Gell-Mann et les as de Zweig devaient tous deux avoir des charges électriques égales à 1/3 ou 2/3 de celle d’un électron ou d’un proton, ce qui suggère qu’une recherche expérimentale de ces constituants révélerait s’ils existaient ou non.

En 1968, une série d’expériences de diffusion électron-proton menées par la collaboration MIT-SLAC au Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) aux États-Unis a révélé les premiers signes que les nucléons ont une structure interne. L’équipe a tiré des électrons sur des protons et a observé comment les électrons rebondissaient. Les motifs de diffusion ont été identifiés comme étant causés par des particules ponctuelles à l’intérieur des protons. Au cours des années suivantes, en combinant ces résultats avec d’autres résultats de la diffusion de neutrinos dans la chambre à bulles de la Gargamelle au CERN, il est devenu clair que ces constituants ont réellement des charges de 1/3 et 2/3.

Les quarks sont maintenant un élément clé du modèle standard. Dans de nombreuses expériences au CERN, y compris celles du Grand collisionneur de hadrons (LHC), les physiciens mesurent les propriétés des particules de Gell-Mann et de Zweig avec une précision toujours plus grande.

En savoir plus sur les quarks

• Regardez le récit technique de George Zweig l’histoire des quarks (Enregistré au CERN en septembre 2013)