Interaction forte : attractive et répulsive ?

[ClarisseHetzelborn]

bonjour,

je croyais jusqu'à présent que l'interaction forte était attractive uniquement, mais j'ai obtenu des informations contradictoires sur le web, disant qu'elle est répulsive à faible distance.
Est-ce vrai ?

merci

voici le lien où trouve une information comme quoi l'interaction forte serait répulsive :

https://fr.wikiversity.org/wiki/Prin...e/Introduction

-->
https://forums.futura-sciences.com/p...ome-meurt.html

--> " L'interaction forte maintient la cohésion des nucléons au sein du noyau. C’est la plus intense des quatre forces fondamentales de la nature (d'où son nom). Elle se caractérise par le fait qu'elle est fortement attractive à courte distance (lorsque les nucléons se rapprochent très près l'un de l'autre), répulsive à "moyenne" distance, et s'annule à longue distance. Les protons étant des particules chargées, ils interagissent également via l'interaction coulombienne"

Autre preuve :

https://forums.futura-sciences.com/p...ion-forte.html


--> " J'ai finalement réussi à trouver une équation pour le potentiel de l'interaction forte. " et il donne la formule : V=-4/3 alpha h c / r + kr -->donc une partie décroissante et une partie croissante, donc une partie répulsive et une partie attractive.

Avez-vous une idée ?

merci à tous
-----

[XK150]

Bonjour ,
Oui , c'est exact : attractive , puis répulsive . Votre équation est approchée .
Une courbe ici : https://www.quora.com/Why-dont-stron...nto-each-other
Un développement intéressant parmi d'autres : https://www.askiitians.com/iit-jee-s...uclear-forces/

[Deedee81]

Salut,

Bienvenue sur Futura.

EDIT ah misère, j'ai mis trop longtemps à rédiger, gros croisement avec XK, désolé.

Attention de ne pas confondre l'interaction forte et l'interaction nucléaire. En faisant des recherches cela peut provoquer des confusions car souvent on dit interaction forte en lieu et place d'interaction nucléaire. C'est un abus de langage archi courant qui peut troubler celui qui cherche des infos. Ca peut expliquer des contradictions (ça et le fait que c'est complexe et les articles vulgarisés toujours simplifiés).

J'avoue ne pas être sûr de savoir si l'interaction forte est toujours attractive, c'est bien possible, mais le caractère asymptotiquement libre, le principe d'exclusion et le confinement compliquent tout.

Mais ici tu parles plutôt d'interaction nucléaire.

L'interaction nucléaire est une interaction directement dérivée de l'interaction forte. A cause du confinement (des trois quarks) dans le nucléon, celui-ci a couleur (charge forte) blanche (neutre). Et l'interaction ne peut être véhiculée que par des particules avec confinement, typiquement des mésons pi (mais aussi des rho, des K,...).

Alors que se passe-t-il lorsque deux nucléons approchent ?
De loin, rien (à part une éventuelle interaction électrostatique). Les vecteurs (mésons pi,...) étant fort massifs, l'interaction ne peut être que de courte portée.
De près (typiquement un peu plus que la taille d'un nucléon), ça devient très attractif (par simple échange de mésons virtuels).
Encore plus près.... les nucléons vont avoir tendance à pénétrer l'un d'ans l'autre. Et là c'est les quarks qui se rapprochent et on a un autre soucis : le principe d'exclusion de Pauli qui va empêcher que ces six quarks se retrouvent tous dans le même état, ce qui nécessite de fournier (énormément) d'énergie pour exciter ces quarks et cela correspond à une interaction répulsive (très puissante, les nucléons sont presque des "billes dures").

Ceci explique la forme du potentiel, typiquement un potentiel de Yukawa, un potentiel de Morse, un potentiel de Lennard-Jones,... (le choix exact dépend des modèles, des approximations, et il se fait que dans la partie très attractive peu importe les détails de la forme du potentiel, cela a peu d'influence sur les résultats expérimentaux ce qui est à la fois une chance, ça simplifie, et une malchance, car l'expérience donne alors moins d'info sur le comportement de l'interaction).

A coté de ça, c'est pas toujours simple car l'interaction nucléaire est fort sensible au spin. Ainsi, l'interaction est plus attractive dans le cas de deux nucléons de spins parallèles. Mais (encore lui) le principe d'exclusion interdit que ce soit le cas pour deux nucléons identiques, ainsi pp ou nn n'est pas stable (il faut soit des spins anti-parallèles et l'interaction est trop faible pour maintenir les nucléons ensembles, surtout les protons qui se repoussent et les neutrons sont instables. Ou alors il faut un état excité, et le puis de potentiel étant trop étroit.... le niveau d'énergie est dans le continuum et les deux nucléons se séparent). Voilà pourquoi le seul état stable est pn.

P.S. décidément, y a pas mal de questions sur les interactions nucléaires pour le moment

[XK150]

Re ,

Je résume pour que tout soit clair : pour le demandeur et ma réponse , nous sommes au début de la Physique nucléaire , nous venons d'apprendre qu'il existe 4 interactions fondamentales .
L'interaction forte est celle qui assure la cohésion du noyau , elle agit entre les quarks et donc entre les nucléons .Les médiateurs de l'interaction forte sont les gluons .
Plus 2 quarks sont proches et plus leur interaction est faible ce qui est explicité dans mon message 2 . On se retrouve donc sur le paragraphe central de Deedee .

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Plus 2 quarks sont proches et plus leur interaction est faible , puis répulsive

Pour deux quarks liés par interaction forte, là aussi c'est répulsif à très courte distance ?
(pour deux nucléons ok, mais pour deux quarks ???)
Je pensais que dans ce cas, ça tendait vers zéro et que les deux quarks se comportaient (donc à très haute énergie = courtes distances) comme des particules libres (*) (comportement asymptotique).
Etant entendu que dans un nucléons, on est loin de ce régime et les quarks ayant une certaine énergie cinétique et moment angulaire, ils occupent forcément une "certaine place" (dont les modèles de chromodynamiques sur réseau ont enfin pu montrer les contributions quantitatives, le calcul est affreusement compliqué).

(*) Mais dans un boule de glu, l'objet est loin d'être ponctuel et il y a des comportements collectifs qui fait que malgré l'énergie très élevée, l'ensemble se comporte plutôt comme un superfluide
(à l'époque ce fut une surprise et a montré que les calculs "à deux quarks" et les simplifications excessives, c'est pas toujours bon )

[XK150]

Oui , juste , j'ai trop vite assimilé nucléons et quarks , mon message peut être corrigé en retirant " puis répulsive " .
C'est la " liberté asymptotique " des quarks .

[Deedee81]

Oui , juste , j'ai trop vite assimilé nucléons et quarks , mon message peut être corrigé en retirant " puis répulsive " .
C'est la " liberté asymptotique " des quarks .

Ok, merci.
EDIT je viens de corriger

[Quarkonium]

Un cas intéressant est le quarkonium (non pas moi, le vrai ) : état lié d'une paire quark-antiquark lourds (charm-anticharm ou bottom/antibottom). La masse de l'état lié n'est jamais beaucoup plus grande que celle de la paire quark/antiquark qui la compose. Cela implique que le quark et l'antiquark ont des vitesses faibles et donc typiquement non-relativistes dans le référentiel de leur centre de masse (qui est aussi le centre de masse du quarkonium logiquement), et qu'en première approximation il n'y a pas d'autres particules dans cet état lié (pas de gluons ou de quarks légers supplémentaires). De plus, de par l'écart de masse important entre les saveurs/familles de quarks (), il n'y a pas d'oscillation des saveurs dans l'état lié. Un quarkonium peut donc vraiment être vu comme un simple paire quark/antiquark de couleurs complémentaires non-relativistes. Ca reste une approximation, mais justifiée.
Le cas peut être étudié avec l'équation de Schrödinger utilisant un potentiel adapté. Un potentiel populaire est celui de Cornell : ; à courte distance le potentiel est coulombien, à grande distance il est croissant linéairement (pour imiter l'effet de confinement). Ça permet de faire pas mal de prédictions correctes, de façon similaire aux prédictions pour l'atome d'hydrogène sans corrections relativistes.

Pour plus ou moins tous les autres hadrons de la création, c'est le bazar habituel de l'interaction forte.

[Deedee81]

Tiens c'est intéressant ça, je ne savais pas (et wikipedia est muet sur ma question) :

Cela implique que le quark et l'antiquark ont des vitesses faibles

Versus les autres mésons, est-ce qu'il y a un argument physique simple à cette situation ?

[Quarkonium]

Je ne connais pas grand chose à la spectroscopie des mésons ni aux brisures de symétrie, mais je vais tenter une réponse.

Il n'y a a priori pas de raison que les quarks ne forment pas des états liés simples avec de faibles vitesses. C'est d'ailleurs ce que font les quarks lourds. Ainsi, dans les mésons de type , , , la masse des quarks représente 80-90% de la masse de l'état lié typiquement (quand il ne s'agit pas d'un état excité bien sûr).

La question est alors, que se passe-t-il dans les états liés de quarks légers (u,d,s) ? Pourquoi sont-ils bien plus lourds que leur quarks constituants ? La réponse semble être liée à la brisure spontanée de la symétrie chirale de QCD. De façon similaire au mécanisme de Higgs, la brisure spontanée de symétrie implique une vacuum expectation value non nulle pour le vide de QCD. Cela se traduit par l'existence de condensats de quarks et de gluons aux basses énergies. Ce sont ces derniers qui boostent significativement la masse des hadrons formés de quarks u,d,s (et aussi des hypothétiques boules de glu j'imagine).

Une brisure spontanée de symétrie est accompagnée de l'apparition de bosons de Goldstone, dépourvus de masse. Dans le cas de QCD, ces bosons sont les pions. Cependant, puisque les quark u,d,s possèdent tout de même une (petite) masse, la symétrie chirale n'est à l'origine pas tout à fait respectée par QCD (c'est une symétrie approximative). Par conséquent, les pions sont eux-mêmes pourvus d'une "petite" masse (en tout cas petite par rapport aux autres hadrons). Pourquoi cette "petite" masse est toujours une vingtaine de fois plus grande que celle d'une paire , je ne saurais l'expliquer.

[Deedee81]

Salut,

Merci pour ces explications. J'avoue que je n'aurais pas pensé à la symétrie chirale.