explication microscopique du défaut de masse du noyau

[pcpc]

Bonjour, j'ai lu beaucoup de choses sur le défaut de masse du noyau et il y a quelque chose qui m'échappe. La masse manquante entre un noyau et la masse de ses nucléons séparés correspond à l'énergie de liaison (OK). Cela veut dire qu'un nucléon dans le noyau a une masse plus faible qu'un nucléons isolé (uma < la masse d'un nucléon).
Ce que je cherche à comprendre, c'est comment c'est possible ? Cela signifierait que la masse d'un nucléon dépend de son environnement: s'il est en interaction attractive (cas du noyau), il va voir sa masse diminuer (par rapport au cas sans interaction) mais comment concrètement pusiqu'il ne perd pas de matière... c'est là où ça coince
Si j'essaie de prendre l'exemple de 2 nucléons isolés que l'on rapproche, la masse du système de ces 2 nucléons va diminuer mais là encore, comment concrètement ?
Merci
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[mariposa]

Bonjour, j'ai lu beaucoup de choses sur le défaut de masse du noyau et il y a quelque chose qui m'échappe. La masse manquante entre un noyau et la masse de ses nucléons séparés correspond à l'énergie de liaison (OK). Cela veut dire qu'un nucléon dans le noyau a une masse plus faible qu'un nucléons isolé (uma < la masse d'un nucléon).
Ce que je cherche à comprendre, c'est comment c'est possible ? Cela signifierait que la masse d'un nucléon dépend de son environnement: s'il est en interaction attractive (cas du noyau), il va voir sa masse diminuer (par rapport au cas sans interaction) mais comment concrètement pusiqu'il ne perd pas de matière... c'est là où ça coince
Si j'essaie de prendre l'exemple de 2 nucléons isolés que l'on rapproche, la masse du système de ces 2 nucléons va diminuer mais là encore, comment concrètement ?
Merci

bonjour,


C'est la masse de 2 nucléons en interactions qui est inférieure à la somme de 2 nucléons séparés et de vitesse nulle.

Grosso-modo la masse de 2 nucléons en interaction s'écrit:


M = M1 + M2 + énergie cinétique de M1 et de M2 -Energie potentielle M1:M2 < M1 + M2

C'est donc l'énergie potentielle d'interaction entre M1 et M2 qui abaisse la masse du système de nucléons en interaction.

[pcpc]

merci pour ta réponse, je comprends bien en terme d'énergie mais je n'arrive pas à comprendre où passe la masse en terme de matière car pour moi, un corps dont la masse diminue doit "perdre" de la matière et c'est cela que je ne parviens pas comprendre (ou alors faut-il admettre qu'une énergie d'interaction abaisse la masse du système (mais bon, c'est pas évident) !).

[invitec1242683]

Salut,

c'est ce qu'on appelle l'équivalence masse-énergie.

Il y a 100 ans, ça a choqué plus d'un!

[A voir en vidéo sur Futura]

[pcpc]

salut Weensie, je sais bien que c'est une équivalence donc est-ce que cela signifie qu'il n'existe pas d'explication concrète, il faut admettre que la masse diminue s'il y a interaction ? Si c'est le cas, et bien je l'admettrai....

[invitec1242683]

Oui... c'est triste n'est-ce pas ?

[mariposa]

merci pour ta réponse, je comprends bien en terme d'énergie mais je n'arrive pas à comprendre où passe la masse en terme de matière car pour moi, un corps dont la masse diminue doit "perdre" de la matière et c'est cela que je ne parviens pas comprendre (ou alors faut-il admettre qu'une énergie d'interaction abaisse la masse du système (mais bon, c'est pas évident) !).

C'est exactement çà: l'énergie d'interaction abaisse l'énergie du système et çà tu le comprends. Comme la masse est une forme d'énergie: E = M.C2 alors la diminution d'énergie est synonyme de diminution de la masse.

Ainsi un atome qui passe d 'un état excité à un l'état fondamental en émettant un photon pèse moins lourd sur la balance puisqu il perd de l'énergie.

[mariposa]

salut Weensie, je sais bien que c'est une équivalence donc est-ce que cela signifie qu'il n'existe pas d'explication concrète, il faut admettre que la masse diminue s'il y a interaction ? Si c'est le cas, et bien je l'admettrai....

L'explication concrète c'est le principe de conservation d'énergie. L'énergie existe sous différentes formes: cinétique, potentielle, magnétique, électrostatique etc...

Ce qu'a découvert Einstein est qu il a ajouté une nouvelle forme d'énergie: la masse.

[triall]

Bonsoir, je suis solidaire avec pcpc pour sa question , j'ai posé le même genre de question pour ce qui est de la conservation du moment angulaire du couple Terre-Lune, et je n'ai eu au début que des réponses en terme d'énergie potentielle .
Qui dit intéraction, dit particule, il me semble . Ce doit être alors une particule qui est responsable de cette différence de masse.
On peut imaginer que les nucléons sont "collés" entre eux avec les gluons, que ceux ci entrent dans la mesure de la masse du noyau, mais qu'ils n'y sont plus sur le nucléon isolé . Mais c'est forcément trop simple !
De même pour un ressort comprimé, il possède , à priori une masse plus élevée , que son "compère" détendu , mais quelle est le processus qui indique au ressort qu'il est compressé, et que tel autre ne l'est pas ?

[mariposa]

Bonsoir, je suis solidaire avec pcpc pour sa question , j'ai posé le même genre de question pour ce qui est de la conservation du moment angulaire du couple Terre-Lune, et je n'ai eu au début que des réponses en terme d'énergie potentielle .

cela n'a pas a voir avec la question. Ton système Terre-Lune est en premier approximation un système fermé. Donc la somme de toutes les énergies (cinétique + potentielle) est constante. De même que la somme de tous les moments cinétiques est également une constante du mouvement.

Qui dit intéraction, dit particule, il me semble. Ce doit être alors une particule qui est responsable de cette différence de masse.

Ceci est du langage propre à la TQC où on interprète les énergies potentielles en terme d'échange de particules.

[pcpc]

masse = forme d'énergie : je suis OK
Donc c'est bon si je dis:" la masse d'un corps dépend des interactions auxquelles est soumis ce corps". En fait, il ne faut plus voir la masse comme une constante.
Le fait qu'au niveau macroscopique, la variation soit négligeable nous induit souvent à penser qu'elle est toujours constante (hors relativité).

[yohann2008]

La masse d'un noyau est inférieur a la masse de ces nucléons seuls car une partie de la masse des nucléons (énergie de masse) dans un noyau est transformé en énergie de liaison (énergie pour tenir les particules ensembles) grâce a la formule E=mc² donc la différence entre la masse des nucléons avec la masse du noyau est égale a l'énergie de liaison.

masse = forme d'énergie : je suis OK
Donc c'est bon si je dis:" la masse d'un corps dépend des interactions auxquelles est soumis ce corps". En fait, il ne faut plus voir la masse comme une constante.
Le fait qu'au niveau macroscopique, la variation soit négligeable nous induit souvent à penser qu'elle est toujours constante (hors relativité).

Je pense que sa dépend celons les interactions car c'est pas toujours le cas , c'est plutôt l'énergie totale d'un corps qui dépend des interactions auxquelles il est soumis.

[triall]

Bonsoir , je reste persuadé qu'il y a un mécanisme qui n'est pas connu .
Il me semble que les réponses que l'on a , sont du même genre que "La poussée d'Archimède est égale au poids du volume déplacé" quand on répond à une question sur cette poussée . C'est une réponse exacte , mais qui n'explique pas le mécanisme de la force .(Comme pour mon post sur le couple Terre-Lune, je cherchais une force concrète , qui expliquait le transfert du moment cinétique de rotation à celui de révolution, et je l'ai trouvé à la fin du post..)
En gros, il me semble que ce sont des réponses quantitatives, alors que la question et la réponse attendue seraient plutôt qualitatives...
Par quel mécanisme, un objet lancé à la vitesse v , pour un observateur immobile , voit sa masse (ou plutôt sa quantité de mouvement) augmenter avec le facteur gamma ?. C'est le même problème non ?

[coussin]

Je pense que sa dépend celons les interactions car c'est pas toujours le cas

Oui ça dépend de l'interaction mise en jeu. La masse d'un proton est elle supérieure à la masse de ses 3 quarks, c'est le contraire dans ce cas

[pcpc]

et donc, si ça dépend de l'interaction, on peut pas trouver une définition de la masse en rapport avec le type d'interaction qui la modifie ?
Et pour triall, oui, c'est le même problème avec m = gamma mo, je suis d'accord avec toi.

[mariposa]

Bonsoir , je reste persuadé qu'il y a un mécanisme qui n'est pas connu .

Bonjour,

Peux-tu nous redire de quel mécanisme il s'agit.

Il me semble que les réponses que l'on a , sont du même genre que "La poussée d'Archimède est égale au poids du volume déplacé" quand on répond à une question sur cette poussée . C'est une réponse exacte , mais qui n'explique pas le mécanisme de la force.

C'est pourtant bien expliquer dans les livres.

(Comme pour mon post sur le couple Terre-Lune, je cherchais une force concrète , qui expliquait le transfert du moment cinétique de rotation à celui de révolution, et je l'ai trouvé à la fin du post..). En gros, il me semble que ce sont des réponses quantitatives, alors que la question et la réponse attendue seraient plutôt qualitatives...

Tu as donc trouver une réponse qui te satisfasses. Non?

Par quel mécanisme, un objet lancé à la vitesse v , pour un observateur immobile , voit sa masse (ou plutôt sa quantité de mouvement) augmenter avec le facteur gamma ?. C'est le même problème non ?

La masse d'un corps est indépendant de sa vitesse.

[mariposa]

et donc, si ça dépend de l'interaction, on peut pas trouver une définition de la masse en rapport avec le type d'interaction qui la modifie ?

Bonjour,

Comme tu l'avais très bien compris:

Si tu assembles des objets physiques à partir d'objets isolés pour former un seul corps, tu obtiens l'énergie de ce nouveau corps en sommant toutes les énergies (certaines sont positives, d'autres négatives) sans oublier la masse des constituants indépendants et tu trouves une certaine valeur E°.

Si tu veux savoir comment ce corps va accélérer sous l'action d'une force tu as besoin de connaitre sa masse. En effet:

M.dv/dt = F

Pour connaitre M il suffit de faire: M = E°/c2


Ce principe est absolument général et s'applique en toutes circonstances.

[invite7399a8aa]

L'explication concrète c'est le principe de conservation d'énergie. L'énergie existe sous différentes formes: cinétique, potentielle, magnétique, électrostatique etc...

Ce qu'a découvert Einstein est qu il a ajouté une nouvelle forme d'énergie: la masse.

Salut,

Sans vouloir être rabat joie, il me semble qu'un jour Richard Feynman à dit qu'il existe 28 façons possibles d'exprimer la notion d'une grandeur que nous appelons énergie mais ne savons pas ce que c'est vraiment. Si mes souvenir sont juste, je crois qu'il l'a même écris dans un de ses cours.


Cordialement


Ludwig

[pcpc]

Bonjour,

Comme tu l'avais très bien compris:

Si tu assembles des objets physiques à partir d'objets isolés pour former un seul corps, tu obtiens l'énergie de ce nouveau corps en sommant toutes les énergies (certaines sont positives, d'autres négatives) sans oublier la masse des constituants indépendants et tu trouves une certaine valeur E°.

OK, c'est déjà plus clair, merci pour toute tes précisions.
quand tu parles de la somme des énergies du corps "rassemblé", il n'est donc pas nécessaire qu'il soit au repos et dans cette définition de E°/c2, faut-il qu'il soit sans interaction avec l'extérieur ou pas forcément ?
PAr exemple, si on prend la Lune en interaction gravitationnelle avec la Terre, la masse de la Lune sans la Terre serait-elle modifiée ?
Merci !

[albanxiii]

Bonjour,

Sans vouloir être rabat joie, il me semble qu'un jour Richard Feynman à dit qu'il existe 28 façons possibles d'exprimer la notion d'une grandeur que nous appelons énergie mais ne savons pas ce que c'est vraiment. Si mes souvenir sont juste, je crois qu'il l'a même écris dans un de ses cours.

Je viens encore de le lire hier dans le cours de théorie des champs d'Alain Laverne (très bon cours au passage). C'est la parabole de Feynman avec les cubes, le gamin qui joue avec et la mère qui doit les compter pour les ranger.

[b@z66]

Le questionnement de départ de cette discussion vient, me semble t-il, d'une idée fausse faisant la confusion entre masse et matière. Depuis Einstein, on sait que notre expérience habituelle de l'habituelle règle d'additivité des masses individuelles lorsque l'on a affaire à un objet composite n'est en réalité pas vraie dans le cas général. Il faut finalement admettre que la masse d'un ensemble d'objet n'est pas égale à l'addition de la masse de chacune de ses composantes pris séparément. Le raccourci masse=objet=matière n'est donc plus vrai. Bien sûr, cela ne se voit pas dans notre expérience de tous les jours puisque les énergies d'interactions unissant les molécules sont ridiculement faibles par rapport à l'ensemble des autres énergies qui compose l'essentiel de la masse. Enfin, dernière chose: il n'y a rien de choquant dans le fait de considérer que la masse provient d'énergie d'interaction puisque à la base(même en MC) les deux sont déjà liés: il ne peut y avoir d'énergie d'interaction que s'il y a interaction( et donc aussi des particules qui interagissent) et des particules ne peuvent interagir entre-elles(ressentir des forces) que si elles ont elles-même une masse(loi de la dynamique).

[b@z66]

OK, c'est déjà plus clair, merci pour toute tes précisions.
quand tu parles de la somme des énergies du corps "rassemblé", il n'est donc pas nécessaire qu'il soit au repos et dans cette définition de E°/c2, faut-il qu'il soit sans interaction avec l'extérieur ou pas forcément ?
PAr exemple, si on prend la Lune en interaction gravitationnelle avec la Terre, la masse de la Lune sans la Terre serait-elle modifiée ?
Merci !

On ne parle de masse que pour un système global fermé. Parler en terme de masse de ses composantes n'a plus de sens depuis Einstein puisque l'on est alors obligé d'éclater(au sens propre) ce système global pour l'étudier provoquant de fait qu'il ne soit plus fermé.

[yohann2008]

OK, c'est déjà plus clair, merci pour toute tes précisions.
quand tu parles de la somme des énergies du corps "rassemblé", il n'est donc pas nécessaire qu'il soit au repos et dans cette définition de E°/c2, faut-il qu'il soit sans interaction avec l'extérieur ou pas forcément ?
PAr exemple, si on prend la Lune en interaction gravitationnelle avec la Terre, la masse de la Lune sans la Terre serait-elle modifiée ?
Merci !

1) Oui il faut qu'il soit sans interaction de l'extérieur car sinon ce n'est plus la masse que tu calcule

2)Sans la Terre la masse de la Lune ne sera modifier car la masse c'est une quantité de matière, par contre le poids de la Lune pourra être modifier (Poids de la Lune = Masse de la lune x Gravité de la Terre (entre autre...))

[mach3]

PAr exemple, si on prend la Lune en interaction gravitationnelle avec la Terre, la masse de la Lune sans la Terre serait-elle modifiée ?

La masse de la lune est un invariant. Qu'elle soit libre ou lié à la terre ne change rien, c'est la nature et la configuration des constituants de la lune qui lui donne sa masse (donc les interactions internes au système).
En revanche, la masse du système terre-lune est légèrement inférieure à la masse de la lune + celle de la terre : comme pour les nucléons dans le noyau ou le noyau et les électrons dans l'atome on a un terme d'énergie potentielle négatif (et plus grand en valeur absolue que l'énergie cinétique) qui compte dans la balance.

Sans vouloir être rabat joie, il me semble qu'un jour Richard Feynman à dit qu'il existe 28 façons possibles d'exprimer la notion d'une grandeur que nous appelons énergie mais ne savons pas ce que c'est vraiment. Si mes souvenir sont juste, je crois qu'il l'a même écris dans un de ses cours.

ça ne fait pas avancer vraiment le schmilblick. Au passage sait-on vraiment ce qu'est la masse? le potentiel? non on n'en sait pas plus que pour l'énergie (même question pour un électron? qu'est-ce donc vraiment? ). Toutes ces choses sont définies par leur propriétés et pas par une hypothétique réalité ontologique qui nous échapperait.

m@ch3

[invite60be3959]

Bonjour, j'ai lu beaucoup de choses sur le défaut de masse du noyau et il y a quelque chose qui m'échappe. La masse manquante entre un noyau et la masse de ses nucléons séparés correspond à l'énergie de liaison (OK). Cela veut dire qu'un nucléon dans le noyau a une masse plus faible qu'un nucléons isolé (uma < la masse d'un nucléon).
Ce que je cherche à comprendre, c'est comment c'est possible ? Cela signifierait que la masse d'un nucléon dépend de son environnement: s'il est en interaction attractive (cas du noyau), il va voir sa masse diminuer (par rapport au cas sans interaction) mais comment concrètement pusiqu'il ne perd pas de matière... c'est là où ça coince
Si j'essaie de prendre l'exemple de 2 nucléons isolés que l'on rapproche, la masse du système de ces 2 nucléons va diminuer mais là encore, comment concrètement ?
Merci

Bonsoir,

si tu veux vraiment comprendre quelle est l'origine du défaut de masse d'un noyaux, il faut que tu cherches du côté de l'interaction forte et en particulier de l'interaction de Yukawa. L'interaction forte est à l'origine(mais pas directement) de la cohésion du noyaux. Tu n'es peut-être pas sans savoir que les nucléons sont composés de quarks, au nombre de 3. Les quarks portent une charge de "couleur"( rouge, vert, bleu) (qui n'est qu'une image et qui aide à formaliser mathématiquement tout ce beau monde!) de la même façon que les électrons portent une charge électrique. Dans le cadre de la théorie quantique des champs(théorie qui décrit le monde des particules élémentaires), les électrons interagissent via l'échange de photons. Pour les quarks c'est pareil, ils interagissent via l'échange d'autres particules vectrices de l'interaction forte : les gluons (qui portent également des charges de couleurs).

Les nucléons au sein du noyaux n'interagissent pas directement via l'échange de gluons, mais par le biai de particules composés de 2 quarks : les pions (c'est pas moi qu'ai trouvé les noms!). Dans le modèle de Yukawa, ce sont donc les pions qui sont responsable de la cohésion du noyaux. On peut dire que ces pions empreintent de la masse à chaque nucléons, mais cela n'explique pas tout. Ces pions véhicules une interacion attractive qui correspond à une énergie potentielle négative, qui comme certains l'ont précisé ici, a pour effet de fournir un bilan d'énergie(de masse donc) légèrement inférieur à celui des nucléons séparés.

[curieuxdenature]

et donc, si ça dépend de l'interaction, on peut pas trouver une définition de la masse en rapport avec le type d'interaction qui la modifie ?

Bonjour pcpc

en fait on définit la masse des particules élémentaires quand elles sont au repos et isolées, donc en dehors de toute interaction.
C'est un peu la même farine que la masse de l'atome d'hydrogène par rapport à la masse du proton + celle de son électron, le delta est de 13.6 eV. Là, le delta M est trop faible pour être détectable à la balance.
Dans la molécule le delta passe à 15 eV environ. (c'est la raison qui fait que la molécule H₂ se forme plutot que l'atome seul.)

Dans le noyau de deutérium, un P + un N donnent un delta E de 1.11 MeV (par nucléon)
Les interactions sont si diverses qu'il est plus commode de procéder ainsi.

[triall]

Bonjour à tous, j'aimerais poser une question qui a un rapport avec le sujet .
Qu"en est-il de la différence de masse (supposée) d'une boule de pétanque en fer à 300K, et d'une autre à 0K par exemple .

Peut-on dire qu' étant donné que la boule à 300 K doit émettre une certaine quantité de photons pour atteindre 0K la masse perdue vient de ce rayonnement?
Ou que les atomes devant être pris individuellement avec une certaine quantité de mouvement on doit appliquer la formule E²=p²c² + m²c4 à chaque atome, ainsi la masse reste invariante ...
Toujours est-il qu'une boule chaude aura une masse et un poids plus important , non ?

[coussin]

Toujours est-il qu'une boule chaude aura une masse et un poids plus important , non ?

Oui.......

[yohann2008]

Bonjour à tous, j'aimerais poser une question qui a un rapport avec le sujet .
Peut-on dire qu' étant donné que la boule à 300 K doit émettre une certaine quantité de photons pour atteindre 0K la masse perdue vient de ce rayonnement?

Oui mais il peut aussi céder son énergie a un autre corps (contact) plus froid que lui.

Ou que les atomes devant être pris individuellement avec une certaine quantité de mouvement on doit appliquer la formule E²=p²c² + m²c4 à chaque atome, ainsi la masse reste invariante ...
Toujours est-il qu'une boule chaude aura une masse et un poids plus important , non ?

Une masse plus grande non , un poids plus grand non , une énergie plus grande oui.

[triall]

Merci pour vos réponses ...opposées ..
@yoan

Oui mais il peut aussi céder son énergie a un autre corps (contact) plus froid que lui.

Êtes- vous sûr qu'il y a une différence physique de la façon d'échanger l'énergie entre contact et pas contact ?