Particule Lambda ($ \Lambda $)
La particule $\Lambda$ est un baryon, c’est-à-dire qu’elle est composée de trois quarks. Elle se distingue par une masse nettement supérieure à celle du proton et du neutron.
Le représentant le plus connu de cette famille est la lambda neutre, $\Lambda^0$ (uds), mise en évidence pour la première fois en 1950.
Sa composition en quarks est $uds$ (un quark up, un quark down et un quark strange) :
- Quark up (u) : charge +2/3
- Quark down (d) : charge -1/3
- Quark strange (s) : charge -1/3
La $\Lambda^0$ appartient à la catégorie des hyperons étranges (baryons porteurs d’étrangeté), car elle contient un quark strange $s$.
La somme des charges électriques est nulle :
$$ (+\tfrac{2}{3}) + (-\tfrac{1}{3}) + (-\tfrac{1}{3}) = 0 $$
Ainsi, la $\Lambda^0$ est électriquement neutre, comme le neutron, mais sensiblement plus massive puisqu’un de ses quarks légers est remplacé par un quark strange.
En tant que baryon, c’est un fermion de spin demi-entier, $1/2$.
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Contenu en quarks | \( uds \) |
| Type | Baryon (hyperon) |
| Charge électrique | 0 |
| Spin | \( \tfrac{1}{2} \) |
| Masse | \( \sim 1116 \, \text{MeV}/c^2 \) |
| Désintégration | \( \Lambda^0 \to p + \pi^- \) |
| Durée de vie | \( \sim 2.6 \times 10^{-10} \, \text{s} \) |
| Interaction | Faible |
Désintégration de $ \Lambda^0 $
La particule $\Lambda^0$ est instable. Contrairement à de nombreux autres hadrons, elle ne peut pas se désintégrer par interaction forte. Elle se désintègre donc par l’interaction faible, ce qui explique sa durée de vie relativement longue :
$$ \tau_{\Lambda^0} \approx 2.6 \times 10^{-10} \text{ s} $$
Le mode dominant de désintégration conduit à un proton ($p$) et un pion négatif ($\pi^-$) :
$$ \Lambda^0 \;\to\; p + \pi^- $$
Ce processus se produit lorsque le quark strange ($s$) se transforme en quark up ($u$) :
$$ s \to u + W^- \quad (\text{interaction faible}) $$
Le boson $W^-$ se désintègre ensuite en un quark down ($d$) et un antiquark up ($\bar{u}$), qui s’assemblent pour former le pion négatif ($\pi^-$) observé :
$$ W^- \to d + \bar{u} $$
C’est un exemple typique de transition de saveur, un processus interdit dans les interactions forte et électromagnétique.
Un canal plus rare est la désintégration de $\Lambda^0$ en un neutron ($n$) et un pion neutre ($\pi^0$) :
$$ \Lambda^0 \;\to\; n + \pi^0 $$
Dans ce cas, le quark strange ($s$) se convertit en quark down ($d$), tandis que le boson $W^-$ se désintègre en une paire $u\bar{u}$, qui constitue le $\pi^0$.
Remarque. Comme la $\Lambda^0$ est électriquement neutre, elle ne laisse pas de trace directe dans les détecteurs. Ses produits de désintégration chargés semblent ainsi « surgir de nulle part » au point de désintégration - une signature caractéristique des particules neutres de longue durée de vie.
Autres membres de la famille lambda
La famille lambda comprend également des états plus massifs, souvent appelés « baryons lambda ». Ils ne sont considérés comme des hyperons que s’ils contiennent un quark strange :
- $\Lambda_c^+$ ($udc$), contenant un quark charme
- $\Lambda_b^0$ ($udb$), contenant un quark bottom
Et ainsi de suite.
