La relation fondamentale de la dynamique et la désintégration du noyau

[andretou]

Bonjour à tous

"La relation fondamentale de la dynamique exprime le fait que l'action d'une force extérieure sur un système conduit à une variation de sa quantité de mouvement" (Wikipedia).

S'il est établi que la quantité de mouvement du noyau avant sa désintégration d'une part et la quantité de mouvement après sa désintégration d'autre part sont égales, cela suffit-il à démontrer qu'il n'existe pas de force extérieure au noyau à l'origine de sa désintégration ?

Merci d'avance pour vos réponses
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[coussin]

C'est une manie chez vous cette désintégration radioactive!

[Deedee81]

Salut,

EDIT croisement avec coussin qui me semble un peu agacé

"La relation fondamentale de la dynamique exprime le fait que l'action d'une force extérieure sur un système conduit à une variation de sa quantité de mouvement" (Wikipedia).
S'il est établi que la quantité de mouvement du noyau avant sa désintégration d'une part et la quantité de mouvement après sa désintégration d'autre part sont égales, cela suffit-il à démontrer qu'il n'existe pas de force extérieure au noyau à l'origine de sa désintégration ?

Non car la somme des forces extérieures pourrait très bien être nulle... et quand même avoir un effet.
Imagine qu'on te pousse dans le dos avec une force de 100 Newton, et qu'on te pousse dans le ventre aussi avec une force de 100 Newton. Bilan 0. Mais tu vas quand même le sentir passer
(enfin, j'aurais pu être méchant et dire 10000 Newton : sprotch )

Toutefois la plupart (*) des désintégrations nucléaires sont totalement indépendante de l'environnement. Quel que soit le milieu dans lequel il est (matière pure, cristal, ...) on a le même résultat.
Et de plus on connait bien les mécanismes en jeu et si on avait une influence extérieure il faudrait expliquer pourquoi la théorie marche quand même si bien !!!!!


(*) Tu as noté que j'ai dit "la plupart" car il peut y avoir des exceptions :
- un photon gamma très dur peut très bien exciter un atome qui va alors réémettre un gamma un peu plus tard.... le noyau pourrait même se briser ou perdre un nucléon.
Exemple : la photodissociation du fer : voir ici http://www.jmmasuy.net/more/reaction...s_etoiles.html
- la capture électronique est un processus de transmutation nucléaire où un proton capture un électron (du cortège électronique) et se transforme en neutron (avec émission d'un neutrino).
Et bien entendu ça dépend de la présence du dit électron !!!!
https://fr.wikipedia.org/wiki/Capture_%C3%A9lectronique
Notons aussi que c'est un électron interne qui est absorbé, il y a réarrangement rapide du cortège électronique avec typiquement l'émission de rayons X et parfois des électrons éjectés de l'atome.
- des chocs violents entre noyaux peuvent entrainer toute sortes de réaction (en particulier la fusion thermonucléaire bien sûr, mais on peut avoir toutes sortes de choses)
- Et doit-on signaler le cas où un neutron est absorbé par le noyau, c'est quand même archi connu (réactions en chaînes) ? Ca peut aussi entrainer diverses réactions avec au premier chef la fission nucléaire pour certains noyaux (dont le fameux uranium 235).

[coussin]

Ohla non, ce n'est pas du tout de l'agacement
Je trouve juste dommage qu'Andretou "bloque" à ce point sur ce processus somme toute assez trivial...

[A voir en vidéo sur Futura]

[andretou]

Non car la somme des forces extérieures pourrait très bien être nulle... et quand même avoir un effet.

Cela signifierait-il que la force qui serait à l'origine de la désintégration serait toujours compensée par une autre force qui aurait exactement la même intensité et qui serait de sens opposé ?
Mais dans ce cas, la force qui serait à l'origine de la désintégration ne se trouverait-elle pas neutralisée ? Comment cette force pourrait-elle quand même provoquer la désintégration ?

[Deedee81]

Cela signifierait-il que la force qui serait à l'origine de la désintégration serait toujours compensée par une autre force qui aurait exactement la même intensité et qui serait de sens opposé ?

Pffffff, ben non, je n'ai pas dit ça. J'ai juste dit que Force extérieur = 0 ne signifie ni absence de force ni forces sans effets. Je n'ai pas dit que le noyau fonctionnait comme ça.

EDIT exemple : radioactivité gamma : absolument aucune influence/force extérieur. Et le mécanisme est bien connu. Donc inutile d'y chercher du mystère ou de l'inconnu.
Ou la désintégration alpha.
(et la bêta mais dans le régime des noyaux, car on sait que la violation CP et les oscillations, ça reste encore assez mal compris)

Ohla non, ce n'est pas du tout de l'agacement
Je trouve juste dommage qu'Andretou "bloque" à ce point sur ce processus somme toute assez trivial...

Oui, c'est dommage mais il fait ce qu'il peut.... et nous aussi d'ailleurs.

[andretou]

L'hypothèse d'une 2ème force qui annulerait la variation de la quantité de mouvement (QDM) est en effet a priori possible, mais ce scénario est-il physiquement concevable ?
Comment les 2 forces pourraient-elles s'articuler l'une par rapport à l'autre pour produire une variation nulle de la QDM ?
En effet, peut-on avoir en même temps :
- une première force produisant l'éclatement d'un objet, et faisant donc varier la QDM de l'objet,
- ET une deuxième force agissant sur chacun des morceaux de l'objet de manière à ce que la somme des QDM soit nulle ?

[Deedee81]

L'hypothèse d'une 2ème force qui annulerait la variation de la quantité de mouvement (QDM) est en effet a priori possible, mais ce scénario est-il physiquement concevable ?
Comment les 2 forces pourraient-elles s'articuler l'une par rapport à l'autre pour produire une variation nulle de la QDM ?
En effet, peut-on avoir en même temps :
- une première force produisant l'éclatement d'un objet, et faisant donc varier la QDM de l'objet,
- ET une deuxième force agissant sur chacun des morceaux de l'objet de manière à ce que la somme des QDM soit nulle ?

Oui, c'est possible vu que le noyau va être repoussé par ses voisins. D'ailleurs les noyaux fils (après désintégration) restent dans les matériaux (sauf quelques exceptions, par exemple si le nouvel atome formé est gazeux dans un matériau poreux, c'est souvent le cas du radon issu de la désintégration du radium).

[coussin]

Mais de quelle(s) force(s) parlez-vous ?

[XK150]

Oui , quelles forces ??? Un noyau qui se désintègre va vers un état plus stable en émettant de l'énergie spontanément .
Si quelque chose emmène de l'énergie cinétique , ce n'est pas la cause de la désintégration , c'est une conséquence .

[XK150]

https://fr.quora.com/Physique-Nucléa...-a-t-elle-lieu

[XK150]

Ou encore : https://chem.libretexts.org/Bookshel...lear_Kinetics/

Vous allez me dire , mais ceci n'explique rien … Je veux bien , mais trouvez moi mieux !

[andretou]

Mais de quelle(s) force(s) parlez-vous ?

D'une éventuelle force qui serait à l'origine du phénomène de la désintégration.
Généralement, on suppose que la désintégration est un phénomène spontané, mais il semble que cela n'est pas démontré.
Existe-t-il un argument qui permettrait d'affirmer que la désintégration n'est due à aucune force cachée ?

[andretou]

Oui , quelles forces ??? Un noyau qui se désintègre va vers un état plus stable en émettant de l'énergie spontanément .
Si quelque chose emmène de l'énergie cinétique , ce n'est pas la cause de la désintégration , c'est une conséquence .

Je suis d'accord, on connait les effets mais on ignore la cause...
Si la désintégration est un phénomène déterministe, alors la cause existe et reste à découvrir.
Mais si la désintégration est un phénomène non-déterministe (comme l'intrication), alors la cause n'existe pas.

[coussin]

Bah la loi de décroissance exponentielle que tout le monde apprend est une directe conséquence du fait que, pour chaque atome Individuel, la désexcitation est aléatoire et Poissonnienne.

C'est comme tout en physique : on a des modèles et on regarde si ils collent aux observations. Le modèle actuelle est : pour chaque atome, un processus Poissonnien car sans mémoire et independant. Cela mène à une loi de décroissance exponentielle pour un grand nombre d'atomes. Cette loi est observée et utilisée (datation au carbone 14).

Après, vous pouvez venir et dire que non, c'est une licorne rose invisible () qui décide de quand chaque atome se désexcite. Soit...

[andretou]

Bah la loi de décroissance exponentielle que tout le monde apprend est une directe conséquence du fait que, pour chaque atome Individuel, la désexcitation est aléatoire et Poissonnienne.

J'avais précédemment retenu cet argument, mais il s'avère que certains phénomènes purement déterministes (non-aléatoires) sont également régis par la loi de décroissance exponentielle, comme par exemple la mousse de la bière...
https://www.larecherche.fr/la-mousse...faire-cosmique
De ce fait, la loi de décroissance exponentielle ne peut pas à elle seule prouver qu'il s'agit d'un phénomène non-déterministe.

[coussin]

Oui enfin c'est pas la seule preuve qu'il s'agit d'un processus aléatoire. Y a aussi un truc qui s'appelle la mécanique quantique

[Deedee81]

Salut,

A Xk et coussin :

Désolé on a manqué de clarté. Je parlais des forces électrostatiques entre noyaux qui peuvent supprimer l'effet de recul du noyau.

D'une éventuelle force qui serait à l'origine du phénomène de la désintégration.

Mais ça, non, ça n'existe pas. Cela t'a été expliqué en long, en large, en travers.... et déjà dans d'autres discussions précédentes.

Revenir encore et encore sur la même erreur ne t'aidera pas à comprendre. A un moment donné si tu veux aller plus loin il te faudra ouvrir des livres de cours sur le sujet.

Généralement, on suppose que la désintégration est un phénomène spontané, mais il semble que cela n'est pas démontré.
Existe-t-il un argument qui permettrait d'affirmer que la désintégration n'est due à aucune force cachée ?

Oui : la théorie qui l'explique a été validée en long, en large, en profondeur, dans tous ses secteurs par des millions d'expériences (c'est la mécanique quantique).

Ca aussi on te l'avait déjà dit.

Etant bien entendu qu'on ne démontre jamais (tu te trompes de forum, ici ce n'est pas mathématiques) mais on valide.

Ca aussi on l'avait déjà dit. Franchement si tu oublies au fur et à mesure : note le sur une feuille de papier. C'est énervant de devoir répéter encore et encore.

[andretou]

Je parlais des forces électrostatiques entre noyaux qui peuvent supprimer l'effet de recul du noyau.

Mais dans ce cas le système n'est plus le même ! Le système initial est en effet constitué du noyau et de lui seul...

Sachant que la quantité de mouvement du noyau est égale à 0 avant sa désintégration, comment pourrait-elle être encore égale à 0 après action d'une (éventuelle) force extérieure ?

ps 1 : s'il s'avérait qu'il est impossible que la quantité de mouvement soit égale à 0 après l'action d'une force extérieure, cela ne prouverait-il pas que la désintégration n'est due à aucune force extérieure ?

ps 2 : en toute rigueur, ce n'est pas parce que tout se passe comme si la désintégration n'était due à aucune force extérieure que c'est nécessairement le cas.

[Deedee81]

Salut,

Mais dans ce cas le système n'est plus le même ! Le système initial est en effet constitué du noyau et de lui seul...

Dans ce cas là, en effet, pas de ralentissement de l'effet de recul. Le noyau s'éloigne.

Sachant que la quantité de mouvement du noyau est égale à 0 avant sa désintégration, comment pourrait-elle être encore égale à 0 après action d'une (éventuelle) force
extérieure ?

S'il y a une force extérieure, le noyau n'est pas seul !!!!! Faudrait savoir !

Essaie d'être cohérent sinon dans dix ans tu essaieras encore de comprendre !

Et juste après après la désintégration la quantité de mouvement P du noyau n'est pas nulle car les éléments éjectés du noyau (par exemple électrons, neutrinos, positrons...) emporte la quantité de mouvement -P.

C'est extrêmement bien mesuré et c'était déjà précis il y a un siècle car c'est ainsi que Pauli a soupçonné l'existence du neutrino.

[andretou]

Et juste après après la désintégration la quantité de mouvement P du noyau n'est pas nulle car les éléments éjectés du noyau (par exemple électrons, neutrinos, positrons...) emporte la quantité de mouvement -P.

C'est extrêmement bien mesuré et c'était déjà précis il y a un siècle car c'est ainsi que Pauli a soupçonné l'existence du neutrino.

Donc, puisque la quantité de mouvement du noyau avant désintégration est égale à 0, et puisque la somme des quantités de mouvement de tous les "morceaux" (nucléons + particules + photons) est aussi égale à 0 après la désintégration, peut-on conclure qu'il n'y a pas de force extérieure à l'origine de la désintégration ?

[Deedee81]

Donc, puisque la quantité de mouvement du noyau avant désintégration est égale à 0, et puisque la somme des quantités de mouvement de tous les "morceaux" (nucléons + particules + photons) est aussi égale à 0 après la désintégration, peut-on conclure qu'il n'y a pas de force extérieure à l'origine de la désintégration ?

J'y ait déjà répondu en détail dans le message 3.

[andretou]

Non car la somme des forces extérieures pourrait très bien être nulle... et quand même avoir un effet.
Imagine qu'on te pousse dans le dos avec une force de 100 Newton, et qu'on te pousse dans le ventre aussi avec une force de 100 Newton. Bilan 0. Mais tu vas quand même le sentir passer

ok, mais ta réponse suppose l'existence d'une 2ème force qui, après désintégration, viendrait corriger les effets de la 1ère force, de telle sorte que la somme des quantités de mouvements de toutes les particules serait exactement égale à 0.
Est-ce possible ?

Ce serait comme si, après avoir tapé dans une paire de boules de billard (billard ici n'est pas un individu), on forcerait les boules à prendre très exactement la trajectoire qu'elles auraient prises si leur mouvement était du à un effet répulsif soudain de l'une sur l'autre, et non comme si on avait tapé dedans avec une autre boule...

De ce fait, s'il existe une force cachée à l'origine de la désintégration, comment cette 2ème force qui corrigerait les effets de la première force sur les quantités de mouvements (sur les trajectoires) pourrait-elle rester indétectable ?

[increa]

Bonjour à tous

"La relation fondamentale de la dynamique exprime le fait que l'action d'une force extérieure sur un système conduit à une variation de sa quantité de mouvement" (Wikipedia).

S'il est établi que la quantité de mouvement du noyau avant sa désintégration d'une part et la quantité de mouvement après sa désintégration d'autre part sont égales, cela suffit-il à démontrer qu'il n'existe pas de force extérieure au noyau à l'origine de sa désintégration ?

Merci d'avance pour vos réponses

Bonjour, je pense que oui, c'est même là tout l'intérêt de la grandeur appelée quantité de mouvement d' un système isolé...c'est qu'elle se conserve.

[andretou]

Bonjour, je pense que oui, c'est même là tout l'intérêt de la grandeur appelée quantité de mouvement d' un système isolé...c'est qu'elle se conserve.

Merci à Newton ! Après trois siècles et demi, son génie permet encore aujourd'hui d'apporter des réponses à des questions qu'il ne pouvait même pas imaginer.

[Deedee81]

Salut,

ok, mais ta réponse suppose l'existence d'une 2ème force qui, après désintégration, viendrait corriger les effets de la 1ère force, de telle sorte que la somme des quantités de mouvements de toutes les particules serait exactement égale à 0.
Est-ce possible ?

Je n'ai jamais dit que c'était après !!!!! Si tu as plusieurs forces qui agissent en même temps, la force totale peut être nulle mais il peut quand même y avoir un effet.

Et pas besoin d'une grande coïncidence. Deux exemples :
- un ions entouré de tas d'ions (au sein d'un matériau par exemple), il va alors subir des forces électrostatiques (attraction ou répulsion), de tous les coté. La somme totale de ces forces donnant 0 en moyenne.
- Un objet subissant une pression (par exemple, toi dans l'air, la pression atmosphérique) dans un milieu homogène et isotrope, là aussi somme nulle (à la poussée d'Archimède près).

Mais ces forces bien que de total 0 ne sont pas nécessairement sans effet. Le centre de masse ne va pas bouger (lui, dépend de ce total), mais l'objet pourrait être écrasé (pressions élevées) ou étiré (forces de marée par exemple).

Pour savoir s'il y a réellement un effet il faut comparer par exemple la demi-vie de désintégration dans différents environnement. Or ça, ça se pratique couramment (un exemple, l'uranium peut être isolé, sous forme métallique, sous forme d'oxyde d'uranium, pauvre ou enrichi, etc.......) et sauf pour la transmutation par capture électronique, on n'a jamais détecté un tel effet.
Moralité il n'y a pas de forces (extérieure au noyau) induisant la désintégration.
De plus, si la désintégration ne se fait pas en deux étapes (ça arrive), la loi de désintégration suit une distribution de Poisson : c'est typique des processus sans mémoire comme le dit la mécanique quantique (ce qui se passe entre le dixième et le onzième jour ne dépend pas de ce qui s'est passé avant). Or une force intérieure ne pourrait provoquer la désintégration qu'immédiatement ou par accumulation (et donc avec mémoire). Donc => pas de force intérieure provoquant la désintégration.

Par contre, les forces internes (cohésion nucléaire) impliquent une barrière de potentiel. Et la désintégration s'apparente alors à un effet tunnel quantique, ce qui donne la demi-vie de désintégration. Mais la cause de la désintégration est bel et bien cet effet tunnel : un effet quantique purement aléatoire.

[andretou]

Je n'ai jamais dit que c'était après !!!!! Si tu as plusieurs forces qui agissent en même temps, la force totale peut être nulle mais il peut quand même y avoir un effet.

Pour reprendre l'exemple des 2 boules de billard accolées, supposons que je tape dessus avec une boule invisible (à l'échelle quantique cette boule invisible pourrait être par exemple un boson non identifié, un neutrino mutant, une torsion du vide, une faille dans l'espace-temps, que sais-je...).
Si je veux que la quantité de mouvement des 2 boules initialement accolées reste nulle après le choc, il faut :
1/ qu'elles partent dans des directions opposées
2/ qu'elles partent à la même vitesse (si elles ont la même masse)
Or, avec une seule boule invisible qui les percuterait, un tel résultat est impossible à obtenir.
En revanche, avec 2 boules invisibles (deux forces cachées), c'est en effet théoriquement possible.
Mais pour que les 2 boules initialement accolées conservent une quantité de mouvement totale égale à 0 après la collision, il faudrait obligatoirement que la première et la deuxième boule invisible percutent les 2 boules accolées au même moment, avec une même intensité, selon des axes parfaitement opposés, et chacune en un point particulier très précis (sur le point symétriquement opposé).
De surcroît, sachant que chacune des 2 boules invisibles peut provoquer la dislocation des 2 boules accolées (en effet, puisque la 2ème boule invisible a le pouvoir de masquer totalement l'effet de la première sur la quantité de mouvement du système, alors elle est capable de produire les mêmes effets), chacune des 2 boules invisibles ne peut donc être actionnée qu'en coordination avec l'autre ! Aucune boule invisible ne doit jamais percuter seule les 2 boules accolées si l'on veut faire comme si aucune boule invisible ne les percutait !!!

Conclusion : par analogie, s'il existe une force cachée à l'origine de la désintégration, alors il existe nécessairement une deuxième force cachée qui masque l'effet de la première sur la quantité de mouvement du système, rendant cette deuxième force cachée capable elle aussi de provoquer la désintégration, l'une et l'autre forces n'agissant jamais l'une sans l'autre, l'une et l'autre agissant toujours en parfaite opposition et en parfaite synchronisation.
Seulement, postuler l'existence de telles forces dotées de propriétés aussi insolites relève-t-il du domaine de la physique ?

[Sethy]

Je pense que la réponse se trouve dans le fait que :

E = mc2 + 1/2 mv2

est une approximation qui marche bien ... sauf ... dans les cas où elle ne marche pas (comme toute approximation). Et c'est pour ça qu'Andretou parle de conservation de la quantité de mouvement.

[Sethy]

@Andretou : pourquoi ne pas, dans un premier temps du moins, prendre un exemple plus simple que l'atome comme l'annihilation d'un électron et du positon et qui donne naissance à des photons de très haute énergie.

Ensuite, il y a le "positronium", un "atome" exotique où justement le noyau est remplacé par le positon. Et enfin tu arrives à l'atome.

Tu pourras observer les différentes conservations (dont la quantité de mouvement) mais aussi que tout ces phénomènes sont caractérisés par une durée de demi-vie ... signe d'une évolution exponentielle.

[coussin]

Seulement, postuler l'existence de telles forces dotées de propriétés aussi insolites relève-t-il du domaine de la physique ?

C'était ma remarque sur la fameuse licorne rose invisible.
Vous pouvez proposer une infinité de scénarios irréfutables.
A quoi cela sert-il ?