Quelle force garde les protons collé dans un noyau ?

[ramzus2]

salut tout le monde.
je me demandais qu'est ce qui fait que les protons de même charge ne partent pas dans tout les sens dans un noyau donné?...
merci d'avance pour vos réponses.
Ramzi
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[penthode]

si tu avais étudié un peu la physique , tu aurais entendu parler de l'interaction forte

[albanxiii]

Bonjour,

Il faudrait penser à faire une petite recherche personnelle avant de poser des questions aussi basiques. Le forum n'est pas là pour se substituer à un moteur de recherche, ni pour donner des cours particulier en ligne.

[Deedee81]

Salut,

je me demandais qu'est ce qui fait que les protons de même charge ne partent pas dans tout les sens dans un noyau donné?...

Tu aurais pu aussi demander : "qu'est-ce qui maintient les neutrons, alors qu'ils ne sont même pas chargé". Même réponse : l'interaction forte (parfois appelée interaction nucléaire).

Comme son nom l'indique est est beaucoup plus forte que l'interaction électromagnétique.
Ainsi, avec l'interaction électromagnétique on a des objets de la taille d'un atome (les électrons autour du noyau, liés par le potentiel électrostatique).
Mais le noyau est plus de mille fois plus petit (et il contient presque toute la masse. La découverte de cela par Rutherford fut pour lui une très grosse surprise).

Note qu'il y a aussi des charges associées à cette interactions et même toute les interactions.
Interaction électromagnétique <-> charge électrique
Interaction faible (responsable de la radioactivité bêta) <-> charge dite faible (le neutrino n'a que cette charge là)
Interaction forte <-> charge dite de couleur (à cause du confinement et une analogie avec le mélange des couleurs), portée uniquement par les quarks et donc les hadrons (mésons, nucléons,... = proton, neutron, méson pi, etc...). L'électron n'a pas de charge de couleur.

Et toute interaction implique un échanges de particules :
Interaction électromagnétique <-> photons
Interaction faible <-> bosons intermédiaires (très lourds) W et Z
Interaction forte <-> gluon (sans masse, mais portant une charge douleur, le confinement empêche d'isoler des gluons. Alors que le photon n'a pas de charge électrique).

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

je me demandais qu'est ce qui fait que les protons de même charge ne partent pas dans tout les sens dans un noyau donné?...

Bonjour,
Vous remarquerez que l'interaction forte entre protons seuls, ne suffit pas à les maintenir ensemble, l'association de deux protons n'existe pas ( pas d'He2)
il faut au moins un neutron pour augmenter l'interaction.
Pour les éléments légers, il faut a peu près autant de neutrons que de protons pour avoir un noyau stable, enfin pour les noyaux stables les plus lourds , tels que or, mercure, plomb, il faut 1,5 fois plus de neutrons que de protons.

[Deedee81]

Bonjour,
Vous remarquerez que l'interaction forte entre protons seuls, ne suffit pas à les maintenir ensemble, l'association de deux protons n'existe pas ( pas d'He2)
il faut au moins un neutron pour augmenter l'interaction.

Bon, c'est peut-être un peu compliqué pour le niveau de cette discussion. Mais chose étonnante, c'est lié au spin. On expliquera plus en profondeur si ramzus veut/peut aller plus loin.

[ramzus2]

oui c'est vrai j'allais poser la question du rôle des neutrons dans le noyau au lycée déjà je les soupçonnais d'être des ciments qui font que le noyau ne part pas dans tout les sens...donc pour résumer c'est l'interaction forte qui maintiens la stabilité du noyau et que les propriétés de charge et de masse tout deux résulte d'interactions atomique et que dans chaque interaction il y a échange de particule ? j'ai bien compris?

[Deedee81]

Salut,

Juste un brin de confusions. Je précise en donnant quelques explications en plus :

oui c'est vrai j'allais poser la question du rôle des neutrons dans le noyau au lycée déjà je les soupçonnais d'être des ciments qui font que le noyau ne part pas dans tout les sens...donc pour résumer c'est l'interaction forte qui maintiens la stabilité du noyau et que les propriétés de charge et de masse tout deux résulte d'interactions atomique et que dans chaque interaction il y a échange de particule ? j'ai bien compris?

- C'est en effet l'interaction forte qui maintient la stabilité du noyau. Mais n'oublions pas que protons et neutrons sont des fermions et donc soumis au principe de Pauli : deux protons (ou deux neutrons) ne peuvent pas être exactement dans le même état quantique. On obtient ainsi le https://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%A8le_en_couches : semblable aux orbitales des électrons autour de l'atome, mais.... en plus compliqué. Chaque couche est remplie par deux protons et deux neutrons (deux états de spin chacun). Et plus il y a de couches, plus celles-ci correspondent à des états d'énergie élevée.
-- On comprend donc qu'un remplissage moitié - moitié de proton/neutron est plus stable car on peut remplir d'abord les couches de faible énergie
-- De plus il y a la répulsion électrostatique entre protons (même charge électrique). Donc dans de gros noyaux pour compenser cette répulsion (très forte, car ils sont très proches les uns des autres) il faut un excès de neutrons. Mais ceux-ci étant eux-même instables (un neutron libre se désintègre en proton + électron + antineutrino, c'est la radioactivité bêta), les plus gros noyaux finissent par tous être instables => radioactifs
-- Enfin, l'interaction forte est sensible au spin et elle est plus forte pour deux états de spins identiques. Ainsi, un noyau de deux protons ou deux neutrons n'existe pas car s'ils ont le même spin, l'interaction n'est pas suffisante pour les maintenir ensemble dans un espace minuscule (principe d'incertitude => quantité de mouvement élevée, ils ont tendance à foutre le camp) et en plus deux protons ça se repousse. Et avoir, par exemple, deux protons de spins identiques implique qu'un des deux se place sur une couche d'énergie plus grande (à cause du principe d'exclusion) ce qui est moins stable. Le premier noyau stable (et même qui puisse se former) avec deux protons est donc l'hélium 3 avec deux protons et un neutron

La charge est une propriété intrinsèque des particules liées à des propriétes de symétrie. Il existe différents type de charges : électriques, faible, couleur.
Et ces charges sont responsables des interactions électromagnétiques, faible et forte à travers l'échange de particules (photons, bosons intermédiaires, gluons).
En fait pour les protons, neutrons, le mécanisme de confinement interdit d'avoir des gluons libres et l'interaction forte/nucléaire se fait via l'échange "d'assemblages" : des mésons pi essentiellement.

Notons que ces symétries (dites internes) donnant les charges (théorème de Noether) + la relativité (principe de localité) conduit automatiquement à ces interactions et particules échangées, sans devoir les ajouter à la théorie !!!! Je trouve que c'est un des mécanismes (les jauges locales) les plus fantastiques de la théorie.

Enfin, la masse propre des particules élémentaires peut être vue comme une propriété intrinsèque. Mais en réalité, contrairement aux charges, elle ne découle pas d'une symétrie mais d'interactions avec le champs de Higgs. Enfin, le proton et le neutron ne sont PAS des particules élémentaires (ils sont composés de quarks) et l'essentiel de leur masse (plus de 80%) vient de leur énergie interne via le bon vieux E=mc².

Désolé mais le sujet est vaste et complexe (électromagnétisme, relativité, mécanique quantique, théorie quantique des champs, théories de jauge, physique des particules, physique nucléaire). Sous forme de cours complet, typiquement plus de 5000 pages de cours !

[ramzus2]

j'ai très bien compris deedee81 c'est très gentil de m'avoir expliqué, juste une dernière question, la particule subatomique qui confère la résistance à la fission n'a aucune chance d'être trouvé ou si? et merci infiniment

[Deedee81]

Salut,

la particule subatomique qui confère la résistance à la fission n'a aucune chance d'être trouvé ou si? et merci infiniment

Cette particule n'existe pas (en tout cas d'après le Modèle Standard de la physique des particules, archi vérifié et validé bien au-delà de ce régime)

[soliris]

Salut,


Cette particule n'existe pas (en tout cas d'après le Modèle Standard de la physique des particules, archi vérifié et validé bien au-delà de ce régime)

Tu aurais pu aussi demander : "qu'est-ce qui maintient les neutrons, alors qu'ils ne sont même pas chargé". Même réponse : l'interaction forte (parfois appelée interaction nucléaire).

D'une part 'interaction forte n'existe pas pour certains physiciens, comme Bernard Schaeffer par exemple. Pour lui elle n'est si puissante que parce qu'elle est l'interaction EM à de très courtes distances
Même si d'autre part le Modèle Standard a été vérifié et archi-vérifié, rien ne prouve que celui-ci ne fait pas partie d'un autre modèle qui lui est supérieur, et dans ce cas, il ne serait qu'un cas particulier.

[pm42]

D'une part 'interaction forte n'existe pas pour certains physiciens, comme Bernard Schaeffer par exemple.

Il a quoi comme crédibilité ? Publications, titres ?
Parce que quand on cherche, on ne voit pas grand chose à part un site web genre "je vais refaire toute la physique dans ma cuisine".
Et un vague papier où il met son adresse et dit qu'il est retraité sans dire de quoi.

Même si d'autre part le Modèle Standard a été vérifié et archi-vérifié, rien ne prouve que celui-ci ne fait pas partie d'un autre modèle qui lui est supérieur, et dans ce cas, il ne serait qu'un cas particulier.

C'est vrai pour absolument toute théorie scientifique et cela ne remet absolument pas en cause ce qui a été dit plus haut.

[albanxiii]

Soliris,

Je comprends qu'il est plus tentant de se dire qu'on va réinventer la physique à partir de notions de niveau collège et que c'est infiniment plus rapide et facile que de passer 10 ou 15 ans à étudier la "vraie" physique (celle qui marche, qui permet de réaliser des opérations chirurgicales au laser, d'envoyer des humains sur la lune, de construire le LHC, d'inventer le transistor...) mais le but du forum n'est pas celui-là. Votre message est vide et n'apporte rien, sauf de la publicité à la personne que vous citez.

On parle d'interaction forte, vous sortez la force de Coulomb, sachant que sa validité est mise en défaut à l'échelle des phénomènes concernés (ou alors tout se monde se fait ch* avec la mécanique quantique et la théorie quantique des champs et vous allez nous expliquer tout ça en 2 lignes et révolutionner le monde). C'est simplement hors sujet.

Merci de respecter la charte du forum.

albanxiii, pour la modération.

[Deedee81]

EDIT je viens de voir le croisement. Complémentaire (en vert et en noir explicatif, all is perfect )

Salut,

D'une part 'interaction forte n'existe pas pour certains physiciens, comme Bernard Schaeffer par exemple.

C'est totalement nawak. A noter que cette personne est un crank plutôt bien connu et il suffit de constater son blog pour y voir quelques fameuses perles (l'attraction électrique des deutons équilibrée par la répulsion magnétique par exemple). Attention, il fait partie de ceux qui sont méchamment trompeurs car il connait suffisamment de base pour emballer et tromper le profane dans les grandes largeurs.
Il a été membre de Futura et il y a eut une longue discussion à l'époque au sein de la modération à cause de ses propos hors charte (théories personnelles et propos aberrants). Et je te laisse chercher ses messages et les critiques qui ont suivi (tout n'est pas archivé, c'est facile à trouver). Et il n'est pas du tout physicien (attention, il a un homonyme tout à fait qualifié lui qui travaille chez Danone )

Un peu de connaissance de l'interaction nucléaire permet facilement de voir que l'interaction ne peut pas être électromagnétique. On trouve facilement d'ailleurs (voir l'encyclopedia universalis par exemple) un graphique donnant en fonction de la masse atomique les parts des différentes formes d'énergie dans l'énergie de liaison. Et on voit clairement que si la répulsion coulombienne doit être prise en compte, elle ne représente qu'une petite partie de l'énergie de liaison. Rappelons d'ailleurs que les protons sont tous de charge positive : ils se repoussent. On voit mal comment la loi de Coulomb pourrait justifier leur liaison, dans l'hélium 3 par exemple.

Enfin, l'électromagnétisme ne peut expliquer le confinement (les théories de jauge montrent d'ailleurs que cela ne peut se produire qu'avec la symétrie SU(3), pas avec SU(2) ni U(1) cette dernière étant celle de l'EM).

Enfin, quand je dis que le modèle standard a été vérifié et archi vérifié, c'est dans tous ses régimes jusqu'à des hautes énergies (grosso modo le LHC maintenant) et en incluant les trois interactions fondamentales dont l'interaction forte. Et cela inclut totalement et intégralement le régime nucléaire. Pour donner un exemple, rappelons que le moment magnétique anomal a été calculé et vérifié avec une précision jusqu'à 14 CHIFFRES après la virgule, en majuscule, ça le vaut bien (précision proprement incroyable) !

Et oui, le Modèle Standard fait forcément partie d'un modèle "supérieur" pour toute une série de raisons connues :
- divergences asymptotiques des séries perturbatives
- paramètres libres
- traitement séparé de la gravitation

Mais ce modèle supérieur ne peut se manifester (par des écarts) qu'à des énergies faramineuses (c'est même une malédiction actuelle, c'est tellement énorme qu'on a du mal à l'atteindre pour l'étudier).
Certainement pas dans le régime des noyaux atomiques. Et cela ne signifie certainement pas que la sottise "l'interaction forte n'existe pas, c'est l'interaction EM" devienne vraie.
Rappelons d'ailleurs que les techniques d'unification (voir le modèle électro-faible, une extraordinaire réussite théorique) ne font pas disparaitre les différences entre les différentes formes d'interaction à basse énergie (après brisure de symétrie).