QCD non-perturbative et calculs sur réseau :
L'interaction forte possède la particularité de confiner les
quarks et les gluons au sein de hadrons. Ce phénomène est
impossible à décrire par les méthodes perturbatives.
Parmi les méthodes non-perturbatives, les calculs sur réseau
sont très prometteurs. La QCD est formulée sur un
espace-temps discret euclidien, et les équations dynamiques sont
résolues numériquement. Ceci permettrait de ne comprendre pas
seulement le confinement des quarks et gluons, mais aussi le
déconfinement à température élevée
où bien de déterminer les masses des hadrons.
QCD non-relativiste et états liés de quarks lourds :
Les systèmes les plus simples pour étudier l'hadronisation
et les aspects non-perturbatifs de la QCD sont les états liés
des quarks et anti-quarks lourds (quarkonia). La théorie effective
de la QCD non relativiste (NRQCD) permet de factoriser la production et la
désintégration de ces états liés en
contributions perturbatives et non perturbatives. En outre, cette
théorie est la seule qui peut expliquer les sections efficaces de
production des mesons J/Psi, Psi' etc. mesurées au Tevatron,
néanmoins au prix d'un ajustement aux données des valeurs
moyennes des opérateurs non perturbatifs. Jusqu'à
présent, des résultats théoriques ont
été obtenus seulement à l'ordre dominant du couplage
fort et de la vitesse relative entre le quark et l'anti-quark. Il faut
absolument tenir compte des corrections aux ordres supérieurs et
vérifier la factorisation auprès des divers collisioneurs.
QCD perturbative et jets :
Comme le couplage de l'interaction forte est assez grand, les jets
hadroniques et les hadrons, mais aussi les photons sont produits en grande
quantité auprès les collisioneurs à haute
énergie. Ainsi ces processus offrent la meilleure chance de
déterminer les paramètres libres de la QCD comme le couplage
fort et les densités de partons dans le proton, photon et pion. En
particulier, les densités des gluons ne sont toujours pas bien
connues. La situation peut être améliorée
considérablement en comparant aux données
expérimentales les calculs à l'ordre suivant l'ordre
dominant.
Collisionneurs hadroniques :
La production par paires des jauginos, qui se désintègrent en
trois leptons, offre la meilleure chance de découvrir la
supersymétrie auprès des collisioneurs hadroniques. D'autre
part, si les gluinos étaient légers ou s'ils étaient
trop lourds pour être produits par paires, la production
associée des jauginos et gluinos pourrait offrir la meilleure chance
de découvrir la supersymétrie ou de déterminer la
masse du gluino au Tevatron ou LHC.
Collisionneurs leptoniques :
Après la découverte des particules supersymétriques
aux collisioneurs hadroniques, il faut déterminer la densité
lagrangienne en supersymétrie et ses paramètres libres avec
précision grâce à un collisioneur linéaire
international (ILC). Cela sera difficile pour le spin, la masse et le
couplage du gluino, car il ne se couple directement qu'aux quarks et
gluons. Auprès des collisioneurs électron-positron, le gluino
n'est ainsi
produit par paires qu'au niveau des boucles de quarks et de squarks, qui
s'annulent largement. Par conséquent, des gluinos lourds seront
difficiles à observer auprès des collisioneurs
linéaires. Par
contre, si les gluinos sont légers, l'exploration du seuil de leur
production permettra de déterminer leur masse avec une
précision de 5-10 GeV. Leur distribution angulaire permettra de
décider si le gluino est vraiment un fermion de Majorana.
Rayonnement cosmique
Hadrons exotiques
Le modèle des quarks explique les masses et les propriétés des hadrons. Il reproduit très bien la systématique des excitations radiales et orbitales et les écarts fins et hyperfins.
Une fois que les paramètres sont ajustés sur les hadrons connus, le modèle des quarks permet de spéculer sur l'existence ou l'absence de hadrons exotiques. Ce travail suppose une résolution très soignée du problème à petit nombre de corps. Il apparaît que les systèmes combinant des quarks lourds et des quarks ou antiquarks légers offrent les meilleures chances de former des hadrons exotiques stables.
Interaction nucléon-antinucléon
Des expériences, notamment à l'anneau LEAR du CERN, ont accumulé de très nombreuses données sur la diffusion et l'annihilation nucléon-antinucléon. Ces informations permettent de dégager des mécanismes d'interaction. C'est une physique complexe, mêlant des forces interhadroniques à grande distance et des processus impliquant directement les quarks du nucléon et les antiquarks de l'antinucléon.
Stabilité des systèmes de quelques charges
Si on prend trois charges élémentaires en interaction coulombienne, on obtient parfois un système stable comme l'ion positonium ou un système instable comme celui constitué d'un proton, d'un électron et d'un positon.
On peut donner quelques propriétés rigoureuses de la carte du domaine de stabilité dans l'espace des masses, pour les systèmes de trois ou quatre charges, et compléter ces informations par des investigations numériques.
Certains critères qui renforcent la stabilité peuvent s'appliquer à d'autres systèmes quantiques.
Liaison borroméenne
En mécanique quantique à trois dimensions, un potentiel attractif de courte portée requiert une intensité minimale pour former un état lié.
On observe cependant que ce seuil de liaison est plus bas pour les systèmes à trois corps qu'à deux corps, et plus bas pour quatre corps que pour trois, etc. Il existe donc une fenêtre critique dans laquelle un système est lié alors que ses sous-systèmes ne sont pas liés. Ce phénomène est appelé " liaison borroméenne ".
En physique nucléaire, une liaison borroméenne est observée pour l'isotope 6He et quelques autres noyaux à deux neutrons périphériques. En physique moléculaire, une liaison borroméenne existe pour certaines combinaisons d'atomes de gaz rares très froids.
En physique atomique, on prédit aussi une liaison borroméenne par une molécule formée d'un proton, un deuton, un antiproton et un antideuton. Le paramètre qui possède un seuil de liaison n'est plus la constante de couplage du potentiel mais le rapport de masse entre proton et deuton.
Dynamique sur le cône de lumière
Facteurs de forme
Interaction nucléon-nucléon
Quarks constituants