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Rektorats Reden © Prof. Schwinges

Discours rectoral

Monsieur le président du Grand Conseil, Monsieur le président du Conseil d'Etat, Mesdames et Messieurs les membres des autorités politiques et universitaires, Messieurs les représentants des universités voisines et néanmoins amies, Madame et Messieurs les docteurs honoris causa Ma chère collègue et mes chers collègues, Mesdames et Messieurs les chefs de travaux, assistants et étudiants, tout aussi chers, Mesdames et Messieurs,

Durant quatre ans, semaine après semaine, j'ai observé le recteur Grize durant nos séances rectorales. Et j'ai bien vite compris que les vertus rectorales étaient au nombre de sept: la sérénité, l'esprit de justice, la gratitude, la prudence... celle qui précisément m'incite à ne pas vous dévoiler les trois autres.

La sérénité. Elle m'a permis d'écouter la présentation du nouveau recteur par l'ancien comme s'il s'agissait de quelqu'un d'autre. Par ailleurs, je ne réponds jamais aux provocations.

La justice. Il m'appartient d'emblée de lever la suspicion dont est victime le recteur sortant de charge. Oui, le professeur Grize a bien présenté, en son temps, une thèse de doctorat sur l'élimination de la notion de temps dans les démonstrations mathématiques. Non, ce n'est pas lui qui a déréglé les horloges de l'Université.

La gratitude. Celle que nous vous devons, mon cher collègue, est immense; et faute de pouvoir tout dire de votre action à la tête de l'Université, je me contenterai d'en indiquer la source précieuse: votre prudente audace. J'ose espérer qu'ayant fait de la contradiction un de vos thèmes d'étude, vous ne considérerez pas ce propos comme iconoclaste.

Vous me permettrez sans doute, et le contraire serait navrant, d'associer le professeur Grossen, que la reine d'Angleterre et Mme Thatcher nous ont pris, et M. Vuithier, secrétaire aussi général que permanent, aux remerciements que je vous adresse au nom de l'Université.

Voilà, mon cher collègue, maintenant que justice vous est enfin rendue, vous êtes libre. Enfin, presque libre, mon devoir étant de vous rappeler que vous devez encore vous faire peindre le portrait afin que les générations futures puissent vénérer celui qui a tenu la barre durant la tempête. Mais, entre deux séances de pose, vous pouvez retourner dans votre domaine de Clos-Brochet, si propice à la pratique de la logique naturelle.

La physique subnucléaire ou «trois quarks dans un proton»

Mesdames et Messieurs,

Dans cet exposé, j'essaierai de vous faire comprendre l'idée que tes physiciens se font actuellement de la matière.

Dans une première partie, je brosserai un rapide résumé de l'évolution des idées dans le domaine des particules élémentaires, sans toutefois remonter jusqu'à Démocrite. Puis je décrirai l'impasse dans laquelle cette physique s'est trouvée il y a quelques années avec plus d'une centaine de particules faussement qualifiées d'élémentaires sur les bras. Enfin, dans une troisième partie, je vous parlerai du modèle des quarks. Ces dernières particules, peut-être pour toujours hypothétiques, ont des propriétés qui n'ont pas toutes d'équivalent à l'échelle macroscopique. Aussi, c'est de manière délibérément farfelue qu'on dénomme leurs propriétés: ce sont des saveurs telles que l'étrangeté, le charme ou la beauté et des couleurs au nombre de trois: le rouge, le vert et le bleu. J'aurai l'occasion de vous dire ce qu'est le charme discret, découvert en 1 974, et peut-être vous passionnerez-vous avec moi pour une grande découverte que les physiciens attendent tous: celle de la beauté nue.

1. L'évolution des idées jusqu'au milieu du XXe siècle

Le but ultime de la physique est d'expliquer l'ensemble des phénomènes matériels au moyen d'un petit nombre de principes fondamentaux. Si toute matière est constituée de quelques particules élémentaires, dont les propriétés sont relativement simples, il est permis d'espérer que la découverte de ces particules nous donnera la clé permettant de comprendre l'ensemble des phénomènes physiques et des propriétés matérielles.

Dans sa longue recherche de ces particules élémentaires, l'homme a d'abord trouvé que toute substance était constituée de molécules élémentaires. Puis il apprit que ces molécules étaient faites d'atomes élémentaires, et il découvrait que ces atomes, appelés éléments par Mendéléev et dont le nombre avoisinait la centaine, étaient eux-mêmes constitués de noyaux entourés d'électrons en rotation. Cette démarche, s'étalant sur plus d'un siècle et consistant à apprendre ce qui est vraiment élémentaire, n'était pourtant pas terminée puisque l'on apprit par la suite que le noyau est lui-même formé de protons et de neutrons. Ceux-ci ne diffèrent en première approximation l'un de l'autre que par leur charge électrique: le proton est chargé électriquement alors que le neutron, comme son nom l'indique, est neutre.

Ainsi, vers le milieu de ce siècle, le proton, le neutron et l'électron apparaissaient comme les constituants ultimes de la matière et les lois qui régissent les interactions entre charges électriques, codifiées dans une théorie aussi élégante que puissante, l'électrodynamique quantique, se présentaient comme le fondement de presque tout phénomène et presque toute propriété.

Les restrictions auxquelles je fais allusion sont essentiellement les phénomènes nucléaires (radioactivité et stabilité des noyaux) et les phénomènes gravitationnels. Ces derniers étaient d'ailleurs bien connus et pour la plupart expliqués depuis Newton et replacés dans le cadre adéquat de la relativité générale par Einstein. Nous n'y reviendrons pas, alors que les phénomènes nucléaires et leur explication subnucléaire seront au centre de cet exposé.

Aux trois particules mentionnées, il convient d'ajouter le photon ou quantum du champ électromagnétique. Ce champ électromagnétique est l'onde émise par les charges électriques accélérées, comme le montrent les lois de l'électromagnétisme proposées par Maxwell en 1875. On n'en connaissait alors qu'une gamme, celle des ondes lumineuses, mais on eut tôt fait de constater que le spectre des ondes électromagnétiques s'étendait bien au-delà de l'infrarouge, jusqu'aux ondes radio et bien en deçà de l'ultraviolet, jusqu'aux rayons X et aux rayons gamma.

Pourquoi l'onde électromagnétique, et en particulier la lumière, doit-elle être considérée comme une particule (j'ai utilisé le terme consacré de quantum)? C'est que la lumière se manifeste par grains et agit sur la matière comme des particules individualisées le feraient. L'effet photoélectrique est une collision entre un photon et un électron. Ce concept de photon s'est révélé extrêmement puissant; il représente non seulement le grain de lumière, le grain d'onde radiophonique ou de rayonnement gamma, mais aussi l'interaction entre

deux charges électriques. Dans le langage de la physique moderne, on ne dit plus seulement que des charges électriques s'attirent ou se repoussent proportionnellement au produit de leur charge et inversement au carré de leur distance, on dit aussi qu'elles échangent des photons. Il est vrai que ces photons qui représentent les forces ne sont pas détectables et qu'on a dû leur inventer des propriétés un peu particulières; on les nomme d'ailleurs «photons virtuels». Ce concept de quantum d'échange représentant les forces entre charges est un des fondements de la physique.

Si l'on se limite à ces quatre particules fondamentales, l'électron, le proton, le neutron et le photon, on se doit de mentionner qu'elles possèdent toutes la propriété de tourner sur elles-mêmes avec une vitesse spécifique à chaque espèce. En effet, leur moment cinétique de rotation propre, qui mesure en quelque sorte l'inertie de rotation, est, comme on dit, quantifié; il vaut la moitié de la constante de Planck dans le cas de l'électron, du proton ou du neutron, et la constante de Planck elle-même pour le photon. La valeur de ce moment cinétique, exprimé en unité de constante de Planck, soit 10 -34 joules seconde, est nommé «spin». Il apparaît donc que les particules qui constituent la matière ont un spin demi-entier, alors que le photon qui décrit les interactions électromagnétiques a un spin entier.

2. Vingt-cinq ans de découvertes et de complications

Si quatre particules fondamentales suffisent à expliquer les phénomènes à notre échelle ainsi que les propriétés macroscopiques de la matière, il est nécessaire d'en introduire de nouvelles pour décrire les phénomènes nucléaires.

Il s'agit tout d'abord du neutrino, prédit dès 1929 par Pauli et mis en évidence en 1953 seulement; c'est une particule neutre, de masse nulle et de spin demi-entier, émise dans les désintégrations bêta. Il s'agit ensuite d'un quantum nouveau, celui du champ de force requis pour expliquer la cohésion des noyaux atomiques, c'est-à-dire pour maintenir entre eux les protons et les neutrons, ceci malgré la force de répulsion électrostatique entre protons. Ce quantum, contrairement au photon dont la masse est nulle, était prédit dès les années trente comme particule de masse intermédiaire entre celle de l'électron et celle du nucléon, d'où son nom de méson. Découvert dans le rayonnement cosmique en 1947, ce méson, baptisé par la suite «méson pi», a un spin nul et est caractérisé par trois états possibles de charge électrique, positive, nulle ou négative, la valeur absolue de la charge étant la même que celle de l'électron et du proton. On découvrait du même coup, et ceci n'avait pas été prédit, que le méson pi

était instable, le méson neutre se désintégrant en deux photons, les mésons chargés se désintégrant en donnant un neutrino et une nouvelle particule chargée, certainement parente de l'électron, le muon, lui-même instable.

C'était le début d'une catastrophe épistémologique, que personne, à l'époque, n'a ressentie comme telle puisque ce domaine de recherche a été nommé «physique des particules élémentaires», tant chacun était persuadé que l'on était sur la voie des explications ultimes. Il suffisait, semblait-il, de mieux connaître les propriétés des mésons, d'où la construction d'accélérateurs de particules de plus en plus grands, susceptibles de créer ces mésons dans des collisions nucléaires. On espérait ainsi être en mesure de dégager expérimentalement des lois simples régissant les interactions entre mésons et nucléons. Le résultat fut tout autre. En vingt-cinq ans de recherches, on n'a trouvé aucune loi d'interaction simple, comme celle, par exemple, de l'attraction universelle de Newton. Par contre, on a trouvé plus de cent particules nouvelles, toutes instables et même souvent très instables puisque certaines durées de vie n'excèdent pas 10 -20 secondes. Du même coup, on trouvait qu'à chaque particule correspond une antiparticule, de même masse, de même durée de vie et dont toutes les autres propriétés sont inversées. Comme presque chaque particule peut se trouver dans différents états de charge électrique, le domaine des particules élémentaires constitue un ensemble de plus de cinq cents états différents.

L'espoir d'une théorie basée sur quelques particules élémentaires aux propriétés simples semblait donc illusoire. Mais, tout comme ceux qui n'ont pas de pétrole s'efforcent d'avoir des idées, les physiciens se sont ingéniés à inventer d'autres approches, à tel point qu'après l'inflation des particules faussement appelées élémentaires on a assisté à l'inflation des théories. Maintenant que, grâce à des découvertes cruciales, la problématique s'est quelque peu décantée, il est facile de reconnaître e posteriori les idées et les découvertes essentielles de ces trente dernières années.

Premièrement, il s'agit de reconnaître que toutes les forces s'exerçant dans la nature se rattachent à quatre catégories; ce sont, dans l'ordre décroissant de leur intensité: la force nucléaire forte ou force hadronique, la force électromagnétique, la force nucléaire faible et enfin la force gravitationnelle ou attraction universelle. Pour autant qu'il soit possible de comparer leurs grandeurs, ces interactions fondamentales ont des rapports d'intensité qui, dans le même ordre décroissant, s'expriment par 1, 10 -2, 10 -10, 10 -40. C'est souligner que les forces gravitationnelles, dernières nommées, ne jouent aucun rôle dans la constitution de la matière.

Parmi les centaines de particules connues, toutes sont soumises aux lois de l'électromagnétisme et certaines, la majorité d'ailleurs, sont, de plus, soumises à l'interaction hadronique. On appelle ces dernières des hadrons. Le proton et le neutron, de même que le méson pi, sont des hadrons. Les particules qui ne sont pas des hadrons sont des leptons, comme l'électron et le neutrino.

Une deuxième découverte essentielle est que les hadrons peuvent être classés en deux grandes catégories: les mésons, tous plus ou moins parents du méson pi, et les baryons, parents du proton. Tant les mésons que les baryons peuvent être groupés en familles de particules aux propriétés voisines, Ce qui est tout à fait remarquable, c'est que le nombre des membres d'une famille n'est pas quelconque. Il ne peut être que un, huit ou dix, et les familles correspondantes sont nommées singulets, octets ou décuplets. Envisager des familles d'une seule particule peut paraître une farce, mais les choses deviennent un peu plus sérieuses dès que l'on constate qu'il y a autant de singulets que d'octets dans le cas des mésons et, pour les baryons, deux fois plus d'octets que de singulets ou de décuplets. Si l'on a quelques connaissances de la théorie des groupes et la subtilité de remarquer que «trois multiplié par trois» c'est «huit additionné à un» et que «trois fois trois fois trois», c'est-à-dire vingt-sept. c'est aussi «huit plus huit plus dix plus un»; on est prêt à réinventer le modèle des quarks comme l'ont fait Gell-Mann et Zweig en 1964.

La troisième découverte importante qu'il convient de mentionner durant cette période concerne les neutrinos. Il s'agit donc de particules de masse nulle, de charge électrique nulle et de spin demi-entier. On a réalisé qu'il en existe deux types différents, celui associé à l'électron dans une désintégration bêta comme celle du carbone 14, par exemple, et celui associé au muon dans la désintégration du méson pi. Des expériences très fines, réalisées dans une chambre à bulles immense, bien nommée Gargamelle, ont en effet montré que les neutrinos de type électronique, bombardant des nucléons, produisent des électrons alors que les neutrinos muoniques, dans les mêmes conditions, produisent des muons. S'il est déjà assez subtil de distinguer deux catégories de particules de masse et de charge nulles, il est encore plus étonnant de s'intéresser à leurs antiparticules. En quoi les antineutrinos peuvent-ils être différents des neutrinos? C'est simple, mais encore fallait-il y penser! Ayant un spin, les neutrinos tournent comme une vis à gauche alors que les antineutrinos tournent à droite, ou de manière plus imagée comme un tire-bouchon. «Et voilà, madame, pourquoi la physique n'est pas ambidextre.»

3. Les idées nouvelles ou «les quarks sont arrivés»

On s'est rendu compte, dès la fin des années cinquante, mais sans en tirer à l'époque de conclusion théorique définitive, que le proton et le neutron ne sont pas des particules ponctuelles, mais qu'ils sont caractérisés par une distribution de matière dont l'extension spatiale est d'environ 10 -13 cm. Ce n'est évidemment pas bien grand, mais tout de même cent fois supérieur au pouvoir de résolution des expériences les plus fines que l'on soit capable de réaliser actuellement. Par contre, l'électron, tout comme les autres leptons, neutrinos et muons, a des dimensions qui n'excèdent pas 10 -15 cm, et les physiciens ont de bonnes raisons de penser que les leptons n'ont pas de structure; ils les considèrent comme des points géométriques ayant une masse et un spin.

La question importante était donc de savoir à quoi est due la structure des protons et des neutrons et, de façon plus générale, celle de tous les hadrons. Il est en effet apparu que tous les hadrons, mésons et baryons ont des dimensions analogues à celles du proton. li n'est pas possible ici de décrire tous les modèles proposés; nous n'en retiendrons qu'un, pour lequel le consensus est maintenant général parmi les spécialistes. Il s'agit du modèle des quarks, modèle dans lequel on imagine qu'un méson est formé d'un quark et d'un antiquark, d'une paire quark —antiquark selon le vocabulaire consacré, et qu'un baryon, tel le proton ou le neutron, est formé de trois quarks, d'où le terme de physique subnucléaire. Les antibaryons, eux, seraient formés de trois antiquarks.

Ces quarks, véritables particules fondamentales de la matière hadronique, possèdent des propriétés extrêmement bizarres. En particulier, leur charge électrique est fractionnaire, un tiers ou deux tiers de la charge de l'électron selon les cas. Mais, avant de décrire les propriétés de ces quarks, je vous dois quelques mots d'explication sur le terme de quark lui-même. Ce mot est tiré d'une phrase de James Joyce, le premier du chapitre quatre de Finnegans Wake: «Three quarks for Muster Mark!»

Je tiens de mon savant collègue le professeur Zimmermann, doyen de la Faculté des lettres, les explications suivantes: Finnegans Wake est le rêve d'un homme endormi près de Dublin, au XXe siècle, et le rêve éternel et collectif de l'humanité, dans lequel tous les mythes et toutes les cultures défilent, se mêlent et se métamorphosent. Dans le chapitre débutant par «Three quarks for Muster Mark!», le dormeur s'identifie à un marin quittant l'Irlande, le mythe pertinent étant celui de Tristan et Iseult. Au début du chapitre, on entend le chant des oiseaux de mer qui se moquent du futur mari trompé.

A un premier niveau, le langage parlé des oiseaux est un anglais déformé afin d'imiter leurs cris naturels; à ce niveau, quark doit être considéré comme une onomatopée. A un second niveau, le principe linguistique adopté par Joyce consiste à fondre plusieurs mots en un pseudo-mot nouveau qui en opère la synthèse, aussi bien formelle que sémantique. Ainsi, le mot «Muster» combine les mots Mister, Master, Muster (exemple), Musty (moisi), de même que l'allemand Muster (type). L'emploi de mots à sens multiples, en d'autres termes de calembours, et la création de non-mots correspondent à l'idée que le rêve, la culture et la réalité elle-même sont essentiellement ambigus.

Nous retiendrons que le mot quark ne veut rien dire, sinon qu'il s'agit du cri des oiseaux, et que le contexte dans lequel il fut introduit en physique était, lui aussi, essentiellement ambigu.

L'introduction du concept de quark par Gell-Mann et Zweig date de 1964. A l'époque, on pensait qu'il existait trois quarks accompagnés de trois antiquarks, tous possédant un spin demi-entier. A part leur charge électrique fractionnaire (2/3, -1/3, -1/3), ces trois quarks ont des propriétés caractéristiques de l'interaction hadronique nommées «saveurs». Ces quarks possèdent chacun une saveur spécifique les distinguant l'un de l'autre et désignée par haut, bas et étrange. L'utilisation du terme «saveur» provient du fait que la propriété du quark se retrouve dans la particule dont il est un des constituants. Le quark étrange est l'un des éléments constitutifs de chacune des particules que l'on avait qualifiées d'étranges en raison de propriétés inconnues dans la matière habituelle. Le quark haut et le quark bas doivent leur nom à une analogie formelle avec le spin; ce sont les éléments constitutifs de la matière ordinaire. C'est ainsi que le proton est formé de deux quarks hauts et d'un quark bas, que le neutron est formé d'un quark haut et de deux quarks bas et que le méson pi positif est formé d'un quart haut et d'un antiquark bas. Il serait fastidieux d'indiquer ici la composition en quarks de toutes les particules découvertes ces vingt-cinq dernières années. On notera simplement que toute la matière hadronique ordinaire, celle des noyaux des atomes, est caractérisée par les saveurs haut et bas.

On conçoit aisément qu'en combinant trois quarks et trois antiquarks on obtienne neuf mésons différents. On conçoit peut-être moins facilement que, trois quarks étant nécessaires pour faire un baryon, il existe vingt-sept baryons différents. Le fait que neuf mésons se groupent en une famille de huit particules et une famille à une seule particule, soit en un octet et un singulet, et que vingt-sept baryons se groupent en un décuplet, deux octets et un singulet est dû à une propriété

du groupe de symétrie SU (3), groupe qui joue un rôle fondamental dans l'interaction hadronique.

Mais, pour en rester aux mésons uniquement, la nature a produit beaucoup plus que les neuf particules mentionnées. Le modèle des quarks donne de cette richesse une explication aussi élégante que puissante: les quarks ayant un spin demi-entier, on peut grouper quarks et antiquarks avec leurs spins demi-entiers parallèles; on obtient ainsi neuf mésons avec un spin entier. En groupant quarks et antiquarks avec leurs spins opposés, on obtient neuf autres mésons, de spin nul cette fois. On obtient d'autres familles de mésons en imaginant que quarks et antiquarks tournent l'un autour de l'autre. C'est ainsi que, la mécanique quantique aidant, on est en mesure de décrire tous les mésons connus. Il en va de même, avec quelques complications, de tous les baryons qui sont constitués de trois quarks.

La théorie des quarks, vieille maintenant de quinze ans, n'a été adoptée que récemment. Il faut bien reconnaître qu'elle présentait deux défauts majeurs. Le premier, c'est que, malgré un effort de recherche expérimentale énorme, les physiciens ne sont pas parvenus à détecter un quark isolé. Le second, de nature théorique, est dû au principe d'exclusion de Pauli qui interdit l'existence simultanée de deux quarks identiques dans une même particule, comme c'est le cas par exemple de deux quarks hauts dans le proton. Pour remédier à cette difficulté, des théoriciens ont suggéré que ces deux quarks hauts ne sont pas tout à fait identiques, qu'ils possèdent chacun une caractéristique différente, non détectable. L'exploitation de cette suggestion montre que ces propriétés nouvelles à attribuer aux quarks se combinent comme les couleurs complémentaires s'additionnent pour donner le blanc. N'ayant aucune idée de la nature de ces propriétés, on les a tout bêtement nommées couleurs et il y en a trois, le rouge, le vert et le bleu. Il est bien entendu qu'il s'agit là de notions abstraites et que les quarks ne sont pas colorés au sens habituel du terme.

Cette notion de couleur n'a pas reçu d'emblée un accueil délirant; il faut bien reconnaître que les explications fournies apparaissent par trop fabriquées. Aussi le modèle des quarks est-il resté en veilleuse jusqu'en 1974. En novembre de cette année-là fut découverte une nouvelle particule, le méson psi, de masse trois fois supérieure à celle du proton et trop peu instable pour qu'elle s'insère dans une des familles prédites par le modèle à trois quarks. A première vue, la découverte de ce méson psi, dont l'existence ne s'expliquait pas, aurait dû contribuer à l'abandon du modèle des quarks. C'est exactement le contraire qui s'est produit. On s'est rapidement rendu compte que la seule explication possible consistait à

introduire un quatrième quark doué d'une saveur nouvelle, nommée sans raison aucune le charme, et à imaginer que ce méson psi était formé d'un quark charmé et de son antiquark, anticharmé, si j'ose dire. Le méson psi n'a donc pas la saveur du charme, son charme étant nul puisque celui du quark est annulé par celui de l'antiquark. Toutefois, charme et anticharme étant présents dans cette particule, on parle de charme caché ou de charme discret.

La théorie devient ainsi une théorie à quatre quarks: haut, bas, étrange, charmé. Loin de compliquer notre vision de la matière, elle la simplifie. La matière habituelle, celle des atomes et de leurs noyaux stables ou instables, trouve son explication ultime dans quatre particules fondamentales: deux hadrons, le quark haut et le quark bas, constituant les protons et neutrons des noyaux et deux leptons, l'électron et le neutrino dit électronique. La matière un peu plus sophistiquée, celle produite dans les accélérateurs, requiert une famille supplémentaire: deux nouveaux hadrons, le quark étrange et le quark charmé, et deux nouveaux leptons, le muon et le neutrino dit muonique. Cette nouvelle conception devait permettre, dans le cadre d'une théorie à quatre quarks, de prévoir, à côté des particules étranges découvertes dans les années soixante, l'existence de particules charmées et d'en prédire les propriétés sur la base du charme discret du méson psi. C'est maintenant chose faite, les particules charmées ont été découvertes et leurs propriétés sont celles que l'on attendait.

Parallèlement aux recherches expérimentales dont les résultats apportaient une confirmation éclatante du modèle des quarks, les théoriciens développaient une théorie nouvelle de l'interaction entre quarks et leptons, appelée chromodynamique quantique, en raison du rôle important joué par la notion de couleur. Les trois plus glorieux inventeurs de la chromodynamique quantique viennent d'ailleurs de recevoir le Prix Nobel. Tout comme l'électrodynamique quantique possède un quantum, le photon, décrivant les forces entre charges électriques, la chromodynamique quantique possède des quanta qui décrivent les forces entre quarks; ces quanta sont appelés les gluons. Ce sont eux qui maintiennent entre eux les quarks dans le proton et le neutron. Un des mérites de la chromodynamique quantique est d'expliquer pourquoi les quarks ne peuvent apparaître individuellement, en d'autres termes pourquoi on ne les a pas observés.

Alors que la théorie à quatre quarks s'élaborait à la suite de la découverte du charme caché et que les physiciens découvraient les particules charmées, un nouveau lepton, grand frère de l'électron et du muon, révélait inopinément son existence en 1975. On le baptisa tau. Fallait-il tout abandonner

puisqu'il n'était pas prévu? Non, tout s'expliquait si bien qu'il paraissait judicieux d'admettre qu'on tenait là un des éléments d'une troisième famille de particules fondamentales plus lourdes. Encore fallait-il imaginer que ce tau, un lepton, devait être accompagné d'un neutrino, disons tauïque, et de deux nouveaux quarks, caractérisés par des propriétés aussi nouvelles qu'inconnues nommées, par amusement, beauté et sagesse. Je n'aurais jamais osé vous parler de ces spéculations si l'on n'avait découvert, en 1977, une nouvelle particule, nommée upsilon, plus lourde que toutes les autres. Comme l'upsilon n'entre dans aucun des schémas de la théorie à quatre quarks, on eut tôt fait de décréter que l'on avait découvert, si j'ose dire, la beauté cachée. En effet, l'upsilon est un méson constitué d'un quark beauté et de son antiquark, de beauté opposée. Ce n'est là qu'une hypothèse; elle sera vérifiée le jour où l'on aura découvert une particule contenant un quark beauté sans l'antiquark correspondant. On aura ainsi mis à jour ce que je me permets d'appeler la beauté nue.

Avant de terminer cet exposé, vous me permettrez de dire quelques mots de la part que l'Université de Neuchâtel prend dans les recherches sur les constituants ultimes de la matière. Le groupe de physique corpusculaire de notre Institut de physique collabore, grâce aux subsides du Fonds national suisse de la recherche scientifique, aux travaux effectués au CERN par les physiciens européens. Formé d'un électronicien, Jean-Michel Vuilleumier, de deux assistants, Lidia Dorsaz et Reinhard Schwarz, et de trois chercheurs, les docteurs Lary Bach man, Michel Bogdanski et Denis Perrin, ainsi, que de votre serviteur, ce groupe participe à des expériences dans le cadre du SuperCERN depuis sa mise en activité en 1977. Trois projets de recherches, réalisés en collaboration avec des physiciens de Birmingham, du CERN, de Munich et de Paris, ont été agréés par les responsables scientifiques du CERN. Une première recherche est terminée, une autre en est au stade de l'analyse des résultats et la troisième en est à la phase des prises de données auprès de l'accélérateur. Le but de ces expériences est de vérifier certaines hypothèses du modèle des quarks et de trancher entre plusieurs alternatives possibles. La dernière expérience, la plus ambitieuse, vise à confirmer l'existence d'un état métastable, le baryonium, qui pourrait être formé de deux quarks et de deux antiquarks et qui se désintégrerait en un proton et un antiproton.

Mesdames et Messieurs,

Nous avons vu comment, en un quart de siècle, nos idées concernant la structure de la matière ont évolué, Il a fallu à la

physique plus de vingt-cinq ans pour se défaire de l'idée, pourtant prometteuse, que les mésons sont les quanta du champ hadronique fondamental. Rétrospectivement, il est piquant de constater que c'est cette idée qui a été à l'origine de la découverte du méson pi. Nous avons aussi constaté qu'à l'inflation des particules faussement qualifiées d'élémentaires a succédé une vision synthétique basée sur les quarks. Aujourd'hui, on peut affirmer que les choses sont devenues, en apparence du moins, fort simples: toute la matière est constituée d'atomes. L'atome lui-même se compose d'électrons qui tournent autour de son noyau, lui-même formé de protons et de neutrons. Ces protons et ces neutrons ne sont pas des particules fondamentales, ils sont construits à partir de deux types de quarks, le quark haut et le quark bas. Ainsi, la compréhension de toute matière stable nécessite deux quarks et un électron. Une quatrième particule fondamentale, le neutrino, est nécessaire pour comprendre les instabilités essentielles de la matière. Une deuxième et une troisième famille de particules fondamentales interviennent dans les phénomènes où les échanges d'énergie sont plus importants. Il semble que la nature, qui, à l'inverse de l'homme, est subtile mais non perverse, ait choisi la complication en multipliant le nombre de familles de quatre particules fondamentales (deux quarks, deux leptons). La première famille suffit à expliquer le comportement de la matière de notre univers, à tout le moins dans sa grande majorité. Nos accélérateurs nous ont permis de prendre conscience de l'existence de deux autres familles; peut-être en existe-t-il d'autres? Rien dans nos connaissances actuelles ne semble s'y opposer. Peut-être ont-elles même joué un rôle lors de la formation de l'univers, il y a dix milliards d'années. Mais ça, c'est une autre histoire!

E. Jeannet