Voir la source de Méson

{{Voir paronyme|Maison}}
{{voir homonymes|Meson}}

En [[physique des particules]], un '''méson''' est une [[particule subatomique]] [[particule composite|composite]] (c'est-à-dire non [[Particule élémentaire|élémentaire]]) constituée d'un nombre pair de [[quark]]s et d'[[Antimatière|antiquarks]]. De [[spin]] [[entier naturel|entier]] (0 ou 1), les mésons sont des [[boson]]s. Les mésons sont tous instables, leur [[période radioactive|demi-vie]] étant inférieure à {{unité|e-7 s}} (jusqu'à {{unité|0,4 e-23 s}}).

Le terme « méson » vient du grec {{grec ancien|μέσον|méson}}, « milieu, centre », de l'adjectif {{Grec ancien|μέσος|mésos}} substantivé<ref>{{lien web |auteur=Anatole Bailly ; 2020 : Hugo Chávez, Gérard Gréco, André Charbonnet, Mark De Wilde, Bernard Maréchal & contributeurs|titre=Le Bailly |date=2020 |url=https://bailly.app/mesos |consulté le=29 décembre 2023}}.</ref>.

== Histoire ==
=== Origine du nom et évolution de sa signification ===
Le mot « méson » est la [[Francisation (lexicologie)|francisation]] de l'[[anglais]] ''meson'', une contraction du mot ''mesotron'', lui-même une modification de ''mesoton'', le nom initial<ref name=Zee2023>{{Ouvrage| langue=en| auteur1=[[Anthony Zee]]| titre=Quantum field theory, as simply as possible| éditeur=[[Princeton University Press]]| année=1923| pages totales=372| isbn=978-0-691-17429-7| isbn2=978-0-691-23927-9| passage=114}}.</ref>.

En 1936, [[Carl David Anderson|Carl Anderson]] et [[Seth Neddermeyer]] découvrent expérimentalement une nouvelle [[Particule élémentaire|particule]] qu'ils pensent être l'une des particules médiatrices des [[Force nucléaire|forces nucléaires]] prédites par [[Hideki Yukawa]], de masse intermédiaire entre celles de l'[[électron]] et du [[proton]]. Ils l'appellent ''mesoton'', un nom construit à partir du [[grec ancien|grec]] {{grec ancien|μέσον|méson}} (« milieu »). [[Robert Andrews Millikan|Robert Millikan]] leur suggère de changer ce nom en ''mesotron'', à l'image d{{'}}''electron'' (« électron ») et de ''[[neutron]]''. [[Homi Jehangir Bhabha|Homi Bhabba]] propose de raccourcir ce nom en ''meson'', qui est adopté par la communauté des [[Physique des particules|physiciens des particules]]. En 1946, {{lien|Marcello Conversi}}, {{lien|Oreste Piccioni}} et {{lien| langue=it| Ettore Pancini}} démontrent que ce ''meson'' n'est pas l'une des particules prédites par Yukawa, mais il garde son nom. En 1947, [[César Lattes]], [[Giuseppe Occhialini]], {{lien|Hugh Muirhead}} et [[Cecil Frank Powell]] découvrent de véritables particules  médiatrices. Le méson initial est alors renommé ''µ meson'' (« méson µ », la [[alphabet grec|lettre grecque]] correspondant à l'initiale de ''meson'') et les nouvelles particules ''π mesons'' (« mésons π », cette lettre grecque étant choisie en raison de sa ressemblance avec le [[Caractères chinois|caractère chinois]] signifiant « médiateur ») : le nom ''meson'' est devenu générique. On convient ensuite que le mot ''meson'' ne qualifie plus les particules de masse intermédiaire entre celles de l'électron et du proton, mais précisément les particules médiatrices prédites par Yukawa : le méson µ, qui n'est alors plus un méson, est renommé « [[muon]] » ; le méson π reçoit parallèlement le nom de « [[pion (particule)|pion]] ». Après la découverte de nombreuses particules médiatrices des interactions [[Interaction forte|forte]] et [[Interaction faible|faible]] et celle, à partir de 1968, des [[quark]]s, on convient de restreindre l'emploi du nom ''meson'' aux médiateurs de l'interaction forte, constitués d'une ou de plusieurs paires [[quark]]-[[antiparticule|antiquark]]<ref name=Zee2023/>.

=== Découvertes ===
Avant la découverte des quarks, les mésons étaient considérés comme les vecteurs de l'[[interaction forte]]. En particulier, l'interaction entre les [[nucléon]]s peut s'interpréter comme l'échange de [[Pion (particule)|pions]] virtuels, fournissant la partie attractive du potentiel de [[Hideki Yukawa|Yukawa]].

Le premier (véritable) méson découvert est le pion, en 1947.

Dans les années 1950, les physiciens étudient les « gerbes » de mésons produits à partir de collisions [[nucléon]]-nucléon à très grande énergie<ref>{{Article |prénom1=Tchang-Fong |nom1=Hoang |titre=Sur la production des mésons dans les collisions nucléon-nucléon à très grande énergie |périodique=Journal de Physique et le Radium |volume=14 |numéro=6 |pages=395–406 |date=06/1953 |issn=0368-3842 |doi=10.1051/jphysrad:01953001406039500 |url=http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/23/47/57/PDF/ajp-jphysrad_1953_14_6_395_0.pdf |format=pdf}}.</ref> et identifient deux grandes familles de mésons, répondant respectivement l'une à la [[théorie de Heisenberg]] et l’autre à la [[théorie de Fermi de la désintégration β|théorie de Fermi]].

== Caractéristiques ==
[[Image:Meson nonet - spin 0.svg|thumb|Nonet de mésons de {{nobr|spin 0}}.]]
[[Image:Meson nonet - spin 1.svg|thumb|Nonet de mésons de {{nobr|spin 1}}.]]
Les mésons sont des [[hadron]]s possédant un [[spin]] entier, et donc appartiennent à la famille des [[boson]]s.

Dans le [[modèle standard de la physique des particules|modèle standard]], les mésons sont des composés d'un nombre pair de [[quark]]s et d'[[Antimatière|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 [[Quark de valence|quarks de valence]] —, et d'une « mer » de mésons formés de paires quark-antiquark et de [[gluon]]s.

Les quarks de valence d'un méson peuvent exister comme [[Principe de superposition quantique|superposition]] d'états de [[Saveur (physique)|saveur]] ; par exemple, le [[Pion (particule)|pion]] neutre π{{exp|0}} n'est pas formé d'une paire [[Quark up|up]]-antiup ou [[Quark down|down]]-antidown mais d'une superposition des deux. Les [[Méson pseudoscalaire|mésons pseudoscalaires]] (de {{nobr|spin 0}} et parité impaire) possèdent une énergie au repos minimale, leurs quarks possédant un spin opposé, tandis que les [[Méson vecteur|mésons vecteurs]] (de {{nobr|spin 1}}) possèdent deux quarks ayant un spin parallèle.

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

{|class="wikitable sortable" style=" text-align: right;"
|- valign="top"
! Famille || Symbole || Antiparticule || [[Quark]]s || [[Spin]] || [[Masse]]<br />(<small>[[Électron-volt|MeV]]/[[Vitesse de la lumière|c]]{{exp|2}}</small>) || [[Étrangeté|S]] || [[Quark charm|C]] || [[Quark bottom|B]] || [[Durée de vie moyenne|Durée de vie]] <br />(<small>[[Seconde (temps)|s]]</small>)
|-
| rowspan="3" align="left" | [[Pion (particule)|Pion]]
| align="left" | π{{exp|+}} || align="left" | π{{exp|–}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{u\bar{d}}</math>}} || 0 || 139,6 || 0 || 0 || 0 || {{nb|2,60 e-8}}
|-
| align="left" | π{{exp|–}} || align="left" | π{{exp|+}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\bar{u}d}</math>}} || 0 || 139,6 || 0 || 0 || 0 || {{nb|2,60 e-8}}
|-
| align="left" | π{{exp|0}} || align="left" | lui-même || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\tfrac{u\bar{u}-d\bar{d}}{\sqrt 2}}</math>}}{{note|groupe=alpha|name=superposition|texte=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 [[kaon]]s, le petit terme prenant en compte la violation de la [[symétrie CP]] n'est en outre pas indiqué.}} || 0 || 135,0 || 0 || 0 || 0 || {{nb|0,83 e-16}}
|-
| rowspan="6" align="left" | [[Kaon]]
| align="left" | K{{exp|+}} || align="left" | K{{exp|–}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{u\bar{s}}</math>}} || 0 || 493,7 || +1 || 0 || 0 || {{nb|1,24 e-8}}
|-
| align="left" | K{{exp|–}} || align="left" | K{{exp|+}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\bar{u}s}</math>}} || 0 || 493,7 || -1 || 0 || 0 || {{nb|1,24 e-8}}
|-
| align="left" | K{{exp|0}} || align="left" | <font style="text-decoration:overline">K</font>{{exp|0}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{d\bar{s}}</math>}} || 0 || 497,7 || +1 || 0 || 0 || —{{note|groupe=alpha|name=kaon_decay|texte=K{{exp|0}} ne possède pas de durée de vie moyenne définie.}}
|-
| align="left" | <font style="text-decoration:overline">K</font>{{exp|0}} || align="left" | K{{exp|0}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\bar{d}s}</math>}} || 0 || 497,7 || -1 || 0 || 0 || —{{note|groupe=alpha|name=kaon_decay}}
|-
| align="left" | K<sub>S</sub>{{exp|0}} || align="left" | lui-même || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\tfrac{d\bar{s}-s\bar{d}}{\sqrt 2}}</math>}}<ref group=alpha name=superposition/> || 0 || 497,7 || —{{note|groupe=alpha|name=kaon_strangeness|texte=K<sub>S</sub>{{exp|0}} et K<sub>L</sub>{{exp|0}} ne possèdent pas d'[[étrangeté]] définie.}} || 0 || 0 || {{nb|0,89 e-10}}
|-
| align="left" | K<sub>L</sub>{{exp|0}} || align="left" | lui-même || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\tfrac{d\bar{s}+s\bar{d}}{\sqrt 2}}</math>}}<ref group=alpha name=superposition/> || 0 || 497,7 || —<ref group=alpha name=kaon_strangeness/> || 0 || 0 || {{nb|5,2 e-8}}
|-
| rowspan="4" align="left" | [[Méson êta|Êta]]
| align="left" | η{{exp|0}} || align="left" | lui-même || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\tfrac{u\bar{u}+d\bar{d}-2s\bar{s}}{\sqrt 6}}</math>}}<ref group=alpha name=superposition/> || 0 || 548,8 || 0 || 0 || 0 || {{nb|5,0 e-19}}
|-
| align="left" | η' || align="left" | lui-même || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\tfrac{u\bar{u}+d\bar{d}+s\bar{s}}{\sqrt 3}}</math>}}<ref group=alpha name=superposition/> || 0 || 957,8 || 0 || 0 || 0 || {{nb|3,39 e-21}}
|-
| align="left" | η<sub>c</sub> || align="left" | lui-même || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{c\bar{c}}</math>}} || 0 || 2 980,3 || 0 || 0 || 0 || {{nb|2,30 e-23}}
|-
| align="left" | η<sub>b</sub> || align="left" | lui-même || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{b\bar{b}}</math>}} || 0 || 9 390,9 || 0 || 0 || 0 || —
|-
| rowspan="3" align="left" | [[Méson rho|Rho]]
| align="left" | ρ{{exp|+}} || align="left" | ρ{{exp|–}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{u\bar{d}}</math>}} || 1 || 770 || 0 || 0 || 0 || {{nb|0,4 e-23}}
|-
| align="left" | ρ{{exp|–}} || align="left" | ρ{{exp|+}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\bar{u}d}</math>}} || 1 || 770 || 0 || 0 || 0 || {{nb|0,4 e-23}}
|-
| align="left" | ρ{{exp|0}} || align="left" | lui-même || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\tfrac{u\bar{u}-d\bar{d}}{\sqrt 2}}</math>}}<ref group=alpha name=superposition/> || 1 || 770 || 0 || 0 || 0 || {{nb|0,4 e-23}}
|-
| align="left" | [[Méson phi|Phi]]
| align="left" | φ || align="left" | lui-même || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{s\bar{s}}</math>}} || 1 || 1 020 || 0 || 0 || 0 || {{nb|20 e-23}}
|-
| rowspan="6" align="left" | [[Méson D|D]]
| align="left" | D{{exp|+}} || align="left" | D{{exp|–}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{c\bar{d}}</math>}} || 0 || 1 869,4 || 0 || +1 || 0 || {{nb|10,6 e-13}}
|-
| align="left" | D{{exp|–}} || align="left" | D{{exp|+}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\bar{c}d}</math>}} || 0 || 1 869,4 || 0 || -1 || 0 || {{nb|10,6 e-13}}
|-
| align="left" | D{{exp|0}} || align="left" | <font style="text-decoration:overline">D</font>{{exp|0}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{c\bar{u}}</math>}} || 0 || 1 864,6 || 0 || +1 || 0 || {{nb|4,2 e-13}}
|-
| align="left" | <font style="text-decoration:overline">D</font>{{exp|0}} || align="left" | D{{exp|0}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\bar{c}u}</math>}} || 0 || 1 864,6 || 0 || -1 || 0 || {{nb|4,2 e-13}}
|-
| align="left" | D<sub>S</sub>{{exp|+}} || align="left" | D<sub>S</sub>{{exp|–}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{c\bar{s}}</math>}} || 0 || 1 969 || +1 || +1 || 0 || {{nb|4,7 e-13}}
|-
| align="left" | D<sub>S</sub>{{exp|–}} || align="left" | D<sub>S</sub>{{exp|+}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\bar{c}s}</math>}} || 0 || 1 969 || -1 || -1 || 0 || {{nb|4,7 e-13}}
|-
| align="left" | [[Méson J/Ψ|J/Ψ]]
| align="left" | J/ψ || align="left" | lui-même || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{c\bar{c}}</math>}} || 1 || 3 096,9 || 0 || 0 || 0 || {{nb|7,2 e-21}}
|-
| rowspan="4" align="left" | [[Méson B|B]]
| align="left" | B{{exp|+}} || align="left" | B{{exp|–}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{u\bar{b}}</math>}} || 0 || 5 279,1 || 0 || 0 || +1 || {{nb|1,6 e-12}}
|-
| align="left" | B{{exp|–}} || align="left" | B{{exp|+}} || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{\bar{u}b}</math>}} || 0 || 5 279,1 || 0 || 0 || -1 || {{nb|1,6 e-12}}
|-
| align="left" | B{{exp|0}} || align="left" | <font style="text-decoration:overline">B</font>{{exp|0}} || align="center" | <math>\mathrm{d\bar b}</math> || 0 || 5 279,3 || 0 || 0 || +1 || {{nb|1,5 e-12}}
|-
| align="left" | <font style="text-decoration:overline">B</font>{{exp|0}} || align="left" | B{{exp|0}} || align="center" | <math>\mathrm{\bar db}</math> || 0 || 5 279,3 || 0 || 0 || -1 || {{nb|1,5 e-12}}
|-
| align="left" | [[Méson upsilon|Upsilon]]
| align="left" | ϒ || align="left" | lui-même || align="center" | {{nowrap|<math>\mathrm{b\bar{b}}</math>}} || 1 || 9 460,4 || 0 || 0 || 0 || {{nb|1,3 e-20}}
|}

== Notes et références ==
=== Notes ===
{{Références| groupe=alpha}}

=== Références ===
{{Références}}

== Voir aussi ==
{{Autres projets|wiktionary = méson}}

=== Bibliographie ===
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* Bando, M., Kugo, T., Uehara, S., Yamawaki, K., & Yanagida, T. (1985). Is the ρ meson a dynamical gauge boson of hidden local symmetry?. Physical Review Letters, 54(12), 1215 ([http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.54.1215 résumé]).
* Beneke, M., Buchalla, G., Neubert, M., & Sachrajda, C. T. (2000). [https://arxiv.org/pdf/hep--ph/0006124 QCD factorization for exclusive non-leptonic B-meson decays: General arguments and the case of heavy–light final states]. Nuclear Physics B, 591(1), 313-418.
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* Sharma, M. M., Nagarajan, M. A., & Ring, P. (1993). [https://www.researchgate.net/publication/30402337_rho_meson_coupling_in_the_relativistic_mean_field_theory_and_description_of_exotic_nuclei/file/9fcfd50b69c1579b52.pdf rho meson coupling in the relativistic mean field theory and description of exotic nuclei]. Physics Letters B, 312(4), 377-381.
* 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.

=== Articles connexes ===
* [[Physique des particules]]
* [[BaBar (expérience)|BaBar]]

=== Liens externes ===
{{liens}}
* {{en}} [http://pdg.lbl.gov/2006/listings/mxxxcomb.html Caractéristiques des mésons] d'après le [http://pdg.lbl.gov Particle Data Group]

{{Palette|Tableau particules}}
{{Portail|physique}}

[[Catégorie:Méson| ]]