La science progresse souvent dans cet ordre : on observe un résultat surprenant en laboratoire, et le cadre théorique existant doit alors être élargi ou amélioré afin d’expliquer ce nouveau phénomène. C’est ainsi que les irrégularités constatées dans le déplacement de la planète Uranus ont conduit à la prédiction remarquablement exacte d’une nouvelle planète : Neptune. De la même manière, c’est en remarquant que la patte coupée d’une grenouille se contractait lorsqu’il y appliquait un scalpel que Galvani a compris la nature du courant électrique, ce qui a conduit à la construction de la première pile électrique par Alessandro Volta. Les découvertes surprenantes et tout à fait imprévues des rayons X, de la radioactivité et des particules étranges ont elles aussi suivi la même voie d’évolution de la science.
En de rares occasions, l’ordre historique normal s’inverse, lorsque l’invention théorique précède la découverte expérimentale. C’est ainsi qu’en établissant sa table périodique des éléments, Mendeleïev remarqua qu’elle comptait plusieurs cases vides. Il réalisa qu’elles correspondaient à des éléments chimiques encore inconnus, dont il calcula les propriétés physico-chimiques. Quelques années plus tard, ces éléments dont il avait prédit l’existence furent trouvés dans la Nature, et nommés scandium, gallium et germanium en l’honneur des pays de leur découverte. Mendeleïev fut alors reconnu comme un grand scientifique, qui possédait le courage de ses convictions.
En 1961, Murray Gell-Mann et Yuval Ne’eman inventerent un système de classification qui ressemblait beaucoup à une table périodique des particules élémentaires. Selon cette « voie octuple », les particules étaient regroupées dans des figures géométriques simples, hexagones et triangles. Là encore, une de ces figures comportait un trou correspondant à une particule inconnue. Peu de scientifiques prirent au sérieux cette nouvelle et étrange théorie, mais des expérimentateurs du Laboratoire national de Brookhaven finirent cependant par découvrir en 1964 la particule prédite par Gell-Mann. Cette découverte de l’ « oméga-moins » força les païens à se convertir et fit de la voie octuple un dogme scientifique.
Le succès de la voie octuple s’explique aujourd’hui par la théorie des quarks, de la même façon que celui de la table périodique des éléments est justifié par la théorie quantique de la structure atomique. Gell-Mann lui-même imagina dès 1963 la notion de quarks (qui fut également inventée indépendamment par George Zweig, devenu depuis neurobiologiste), mais il s’écoula pourtant une décennie avant que ces idées soient partout acceptées.
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Les lois fondamentales de la théorie des quarks postulent qu’il est possible de construire une particule subnucléaire à partir de n’importe quelle combinaison de ces trois quarks. Il existe aussi une autre famille de particules subnucléaires, les mésons, qui sont composés d’un quark et d’un antiquark. Une grande part de la diversité que présente la physique subnucléaire provient de ce que trois types de quarks différents peuvent être utilisés.
En 1964, peu de temps après l’invention des quarks, James Bjorken et moi·même avançâmes qu’il devait exister un quatrième type de quark, que nous appelâmes « quark charmé », mais ce n’est que dix ans plus tard que la première particule contenant un quark charmé fut produite et détectée en laboratoire.
Notre raisonnement s’appuyait là encore sur une « table périodique » : non pas une table d’éléments, ni de particules subnucléaires, mais une table de quarks et de leptons. |
