Physique nucléaire

[Dymelo]

Bonjour,
j'ai quelques questions à vous poser sur le modèle de lz goutte liquide et ce qui s'en suit,
En ce qui concerne les noyaux légers la contribution qui les défavorise est dû au terme de surface c'est cela ? Et pour les noyaux lourds, au terme coulombien il me semble, exact ?

Ma question principale est la suivante : Si les protons se repoussent par interaction coulombienne, pourquoi les noyaux les plusn stables ne sont ils pas constiués uniquement de neutrons ?

Merci de vos réponses.
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[velosiraptor]

Sans proton, je ne sais pas trop ce que deviendrait le cortège électronique.
Oui pour les répulsions coulombiennes en son sein, mais faut peut-être pas oublier la force forte, non ?
Par ailleurs, la durée de vie des neutrons hors noyau est de 900 secondes, qu'en serait-il dans un édifice en l'absence de protons (Euhhh, je pose cette question naïvement, là ...) ?

[Deedee81]

Salut,

Outre le problème soulevé par velosiraptor (le neutron est instable, et donc l'édifice n'est stable que si son énergie est plus faible avec le neutron qu'avec le proton qui résulterait de sa désintégration) il y a aussi un problème lié à l'interaction forte.

Il se fait que la liaison de deux nucléons avec des spins parallèles est un peu plus forte qu'avec des spins antiparallèles. Or deux fermions identiques ne peuvent pas être dans le même état (principe d'exclusion de Pauli ou plus techniquement, les fonctions d'ondes de l'ensemble doivent être asymétriques). Donc on peut avoir Pup et Nup, mais pas Nup et Nup par exemple. Sauf si le deuxième nucléon est dans un état fortement excité, ce qui n'arrange rien. Et Nup + Ndn n'est pas stable, son énergie étant trop élevée (par rapport à des neutrons ou protons isolés)

(on l'aura compris, dans mes notations, P = proton, N = neutron, up = spin haut, dn = spin bas).

Cela explique que l'on ait dans la nature du deutérium PN stable, mais pas d'hélium 2 PP ni de "dineutrum" NN (le nom est de moi ).
Notons aussi que PNN (tritium) est instable, mais pas trop (il existe mais est radioactif, le neutron se désintégrant pour donner PPN). PPN est à peu près aussi énergétique que PPN sauf que le neutron est légèrement plus lourds. D'où l'avantage à avoir une désintégration bêta transformant le tritium en hélium 3.

Il y a beaucoup d'effets à prendre en compte, le modèle de la goute liquide est assez grossier (il n'existe d'ailleurs pas de modèle parfais, même si on a fait pas mal de progrès).
La physique nucléaire est en tout cas extrêmement complexe.
Un très bon article à lire, à "noyau", 'est l'Encyclopedia Universalis.

[velosiraptor]

Aïe j'ai lu trop vite ... Ma remarque sur le cortège électronique n'est pas de mise, on parle de noyaux ... Sorry !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Aïe j'ai lu trop vite ... Ma remarque sur le cortège électronique n'est pas de mise, on parle de noyaux ... Sorry !

J'avais vu mais n'avait pas relevé car c'était correct Et pas sans intérêt. Ca va me permettre de faire un petit complément, on ne sait jamais, ça pourrait intéresser.

Ainsi, prenons le tritium. Son noyau a un proton et deux neutrons. De fait, il n' a qu'un seul électron malgré ses trois nucléons.
Ensuite, un des neutrons va se désintégrer en laissant un proton et en éjectant un électron (et un antineutrino). Cet électron est fort énergétique et éjecté au loin (radioactivité bêta).
On se retrouve donc avec de l'hélium 3 (deux protons et un neutron) ionisé puisqu'il n' a qu'un seul électron !!!!
Et un élément ionisé est chimique réactif. Il va chercher à chiper l'électron d'un autre atome dans son voisinage.
Cela peut entrainer des cascades de réactions.

Dans un plus gros atome, cela peut entrainer une réorganisation complète du cortège électronique (en particulier s'il y a transformation d'un proton en neutron, ça arrive aussi, par capture d'un électron d'une orbitale basse) avec émission de rayonnements divers (jusqu'aux rayons X). Le noyau aussi se réorganise après transmutation, mais lui avec émission plutôt dans le domaine des rayons gammas. Ce n'est pas le cas du tritium qui reste en l'état pour son noyau. C'est une des raisons pour laquelle il est tellement utilisé en radiologie médicale : il est fort peu nocif (l'hélium c'est non toxique, et il n'y a pas d'émission de rayonnement gamma et même le bêta est encore d'énergie assez modérée et ne va pas pulvériser les molécules qu'il rencontre sur son chemin).

[FC05]

Sinon, il y a les étoiles à neutrons ... mais ça fait un gros atome !

[Deedee81]

Salut,

Sinon, il y a les étoiles à neutrons ... mais ça fait un gros atome !

En effet. J'y ait repensé hier. Ici l'effet stabilisateur du neutron est la gravité.