Comment une particule peut-elle avoir une masse nulle ?

Article initialement publié sur Quora

Excellente question. J’en ai une autre : “Comment une particule peut-elle avoir une masse non nulle ?”

Je vous propose de commencer par celle-là en partant du Proton , qui a une masse de$1,672649×10^{-27}$ kg, qu’on préfère écrire 938,272 MeV/c²

Bon ok, le proton n’est pas vraiment une particule du Modèle standard de la physique des particules car il est composé de 2 Quarks “up” de masse 2,01 MeV/c² chacun, et d’un quark “down” de masse 4,79 MeV/c² .

Masse totale des 3 quarks : 8,81 MeV/c² . Vous voyez le problème ? ça ne fait même pas 1% de la masse du proton. Les 99% de la masse du proton proviennent des Gluons qui lient les 3 quarks ensemble. Re-problème : la masse d’un gluon vaut… zéro. Nada. Que dalle.

C’est le grand Albert qui nous a sorti du pétrin en disant que la masse et l’énergie, c’était bonnet blanc, blanc bonnet , donc que c’est l’énergie des gluons qui se manifeste sous forme de masse quand ils sont confinés dans un proton.

Le monde à notre échelle et l’intuition qui va avec nous pousse à penser que la masse est une caractéristique fondamentale de tout ce qui existe. Ce n’est de loin pas le cas. 99% de la masse de ce qui nous entoure provient de particules qui n’ont pas de masse…

Seules certaines particules comme les quarks ont une partie de leur énergie sous forme de Masse au repos . Elle provient de leur interaction avec le Champ de Higgs , alors que d’autres (le photon, le gluon, et peut-être les neutrino ) n’interagissent pas (ou très peu) avec ce champ. Les particules de masse nulle ont d’autres caractéristiques proportionnelles à leur énergie, comme la fréquence pour les photon . Pour le gluon, on ne sait pas encore quelle est cette caractéristique. La trouver est un des objets de l’étude du Plasma quarks-gluons au CERN.