En physique des particules, un méson est une particule subatomique composite (c'est-à-dire non élémentaire) constituée d'un nombre pair de quarks et d'antiquarks. De spin entier (0 ou 1), les mésons sont des bosons. Les mésons sont tous instables, leur demi-vies étant inférieures à 10−7 s (jusqu'à 0,4 × 10−23 s).
Le terme « méson » vient du grec μέσον / méson, « milieu, centre », de l'adjectif μέσος / mésos substantivé.
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.
La famille des mésons est composée :
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.
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 | 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 | — | |
KS0 | KS0 | (ds̄ - sd̄)/√2 | 0 | 497,7 | — | 0 | 0 | 0,89 × 10−10 | |
KL0 | KL0 | (ds̄ + sd̄)/√2 | 0 | 497,7 | — | 0 | 0 | 5,2 × 10−8 | |
Êta | η0 | lui-même | (uū + dd̄ - 2ss̄)/√6 | 0 | 548,8 | 0 | 0 | 0 | 5,0 × 10−19 |
η' | lui-même | (uū + dd̄ + ss̄)/√3 | 0 | 957,8 | 0 | 0 | 0 | 3,39 × 10−21 | |
ηc | lui-même | cc– | 0 | 2 980,3 | 0 | 0 | 0 | 2,30 × 10−23 | |
ηb | 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 | 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 | |
DS+ | DS– | cs̄ | 0 | 1 969 | +1 | +1 | 0 | 4,7 × 10−13 | |
DS– | DS+ | 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 |
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 et identifient deux grandes familles de mésons, répondant respectivement l'une à la théorie de Heisenberg et l’autre à la théorie de Fermi.