Un noyau atomique est-il une particule ou un agrégat de nucléons ?

[andretou]

Bonjour à tous
Classiquement, on représente le noyau atomique par un agrégat de protons et de neutrons mais, après tout, existe-t-il une preuve expérimentale que cette représentation est conforme à la réalité et que le noyau n'est pas une particule produite par la fusion de ses nucléons (sur le modèle du neutron qui n'est pas la juxtaposition d'un proton et d'un électron mais une particule produite par la fusion d'un proton et d'un électron) ?
Eventuellement, l'imagerie électronique ou à rayons X permet-elle d'avoir une idée de la forme du noyau de deutérium ? Est-on capable de savoir si celui-ci apparaît plutôt comme une sphère (ce qui indiquerait que les nucléons ont fusionné) ou plutôt comme une double sphère (ce qui indiquerait que les nucléons conservent leur identité au sein du noyau) ?
Merci d'avance pour vos réponses.
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[invite896757ff]

Pour l'instant, on en est aux quarks; mais il y a fort à parier qu'aussi bas qu'on descende dans l'analyse on trouvera toujours des subdivisions.
Pour au final se retrouver avec la seule énergie; à savoir: La non-matière.

[XK150]

Salut ,

Voici la réponse du Wiki anglais :

Les protons et les neutrons sont des fermions , avec des valeurs différentes du nombre quantique isospin fort , de sorte que deux protons et deux neutrons peuvent partager la même fonction d'onde spatiale car ils ne sont pas des entités quantiques identiques. Ils sont parfois considérés comme deux états quantiques différents de la même particule, le nucléon . [12] [13] Deux fermions, tels que deux protons, ou deux neutrons, ou un proton + neutron (le deutéron) peuvent présenter un comportement bosonique lorsqu'ils deviennent vaguement liés par paires, qui ont un spin entier.

Dans le cas rare d'un hypernoyau , un troisième baryon appelé hypéron , contenant un ou plusieurs quarks étranges et / ou d'autres quarks inhabituels, peut également partager la fonction d'onde. Cependant, ce type de noyau est extrêmement instable et ne se trouve sur Terre que dans les expériences de physique des hautes énergies.

Le neutron a un cœur chargé positivement de rayon ≈ 0,3 fm entouré d'une charge négative compensatrice de rayon compris entre 0,3 fm et 2 fm. Le proton a une distribution de charge positive en décroissance approximativement exponentielle avec un rayon carré moyen d'environ 0,8 fm. [14]

Les noyaux peuvent être sphériques, en forme de ballon de rugby (déformation prolate), en forme de disque (déformation oblate), triaxial (une combinaison de déformation oblate et prolate) ou en forme de poire.

Toutes les représentations que l'on peut rencontrer sont figuratives .

[pm42]

après tout, existe-t-il une preuve expérimentale que cette représentation est conforme à la réalité

Hiroshima ?

A part ça, le concept de "représentation fidèle à la réalité" n'est pas forcément scientifique. "Modèle non réfuté et prédictif" suffit en général ce qui évite de définir précisément "fidèle à la réalité" parce que le concept est mouvant au fur et à mesure des avancées.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite896757ff]

fidèle à la réalité"

La réalité n'existe pas en dehors des constructions mentales qu'on en a.

[andretou]

Toutes les représentations que l'on peut rencontrer sont figuratives .

Le noyau lui-même possède-t-il une fonction d'onde ?
Et cette fonction d'onde est-elle différente de la somme des fonctions d'onde des nucléons qui le constituent ?
Si tel est le cas, alors cela ne signifie-t-il pas que le noyau est une particule et non simplement la juxtaposition de protons et de neutrons ?

[andretou]

Hiroshima ?

Si tu considères que le noyau est constitué de nucléons parce qu'en se désintegrant il émet des nucléons, alors ne devrais-tu pas aussi admettre qu'un neutron est constitué d'un proton et d'un électron puisqu'en se désintégrant il émet un proton et un électron ?

[pm42]

Si tu considères que le noyau est constitué de nucléons parce qu'en se désintegrant il émet des nucléons, alors ne devrais-tu pas aussi admettre qu'un neutron est constitué d'un proton et d'un électron puisqu'en se désintégrant il émet un proton et un électron ?

Tu as entendu parlé des quarks ? Au passage, la désintégration du neutron est un sujet plus vaste que ça : https://fr.wikipedia.org/wiki/Désint..._neutron_libre

[andretou]

Tu as entendu parlé des quarks ?

Une autre manière de formuler ma question est en effet : le deutéron est-il une particule constituée de 6 quarks ou est-il la juxtaposition de 2 nucléons constitués chacun de 3 quarks ?

[pm42]

Une autre manière de formuler ma question est en effet : le deutéron est-il une particule constituée de 6 quarks ou est-il la juxtaposition de 2 nucléons constitués chacun de 3 quarks ?

Cela ressemble à un de tes fils : tu ignores les réponses et tes erreurs pour poser d'autres questions tant qu'on n'est pas arrivé on ne sait pas où. En général nulle part.
Sans moi.

[Deedee81]

Cela ressemble à un de tes fils : tu ignores les réponses et tes erreurs pour poser d'autres questions tant qu'on n'est pas arrivé on ne sait pas où. En général nulle part.
Sans moi.

Salut,

C'est vrai, les réponses ont déjà été données.

Andretou, s'il te plaît, lit les réponses.

[jacquolintégrateur]

Une autre manière de formuler ma question est en effet : le deutéron est-il une particule constituée de 6 quarks ou est-il la juxtaposition de 2 nucléons constitués chacun de 3 quarks ?

Bonjour
Les deux, mon Général !!
Cordialement

[andretou]

Bonjour
Les deux, mon Général !!
Cordialement

Pourtant j'ai l'impression que ce n'est pas la même chose : dans un cas chaque nucléon conserve son identité propre au sein du noyau, dans l'autre cas ils ne sont plus identifiables (tels le proton et l'électron au sein du neutron)...
Comment concilier ces 2 descriptions du noyau ?
Très cordialement

[jacquolintégrateur]

dans un cas chaque nucléon conserve son identité propre au sein du noyau

Bonjour
Pour l'affirmer , il faut pouvoir l'observer. Pour cela, il faut analyser la distribution des charges électriques dans le noyau de D. Dans le cas du proton, on irradie une cible contenant de l'H, donc des protons, avec un faisceau d'électrons à 400 millions d'ev (leur vitesse est alors proche de c et, en se plaçant dans le référentiel de l'électron, le proton observé apparait complètement applati par la contraction relativiste). On mesure l'énergie des électrons diffusés en fonction de l'angle de diffusion: cela donne la transformée de Fourier de la distribution des charges, d'où cette dernière en calculant la transformée de Fourier inverse. La distribution des charges donne la structure du proton (la position moyenne des 3 quarks). Pour un noyau de deutèrium, il faudrait faire une mesure du même genre mais ça doit être nettement plus compliqué !! J'ai lu, dans un ancien Pour La Science que la mesure a été faite pour le proton, il y a quelques années. Je ne sais pas si c'est le cas pour D. Probablement mais la rigueur ne me permet pas d'affirmer. En l'abscence d'une réponse sûre, on peut dire que les deux définitions sont également valables.
Cordialement

[Deedee81]

Salut,

Pourtant j'ai l'impression que ce n'est pas la même chose : dans un cas chaque nucléon conserve son identité propre au sein du noyau, dans l'autre cas ils ne sont plus identifiables (tels le proton et l'électron au sein du neutron)...

Comme expliqué par jacquolintegrateur ce n'est pas facile à déterminer mais effectivement on peut considérer que les nucléons gardent (presque *) leur identité propre.
Leur interaction ne se fait d'ailleurs pas avec des gluons (eux aussi confinés comme les quarks) mais par échange de pions. (pi, rho, etc..)

(*) lors des échanges d'un pion chargé cela peut donner p - n => (devient) n - p
Et rien ne ressemble plus à un nucléon qu'un autre nucléon.

Comment concilier ces 2 descriptions du noyau ?

De manière compliquée Les modèles nucléaires sont parmi les plus complexes, les équations n'étant pas solubles (on doit faire des approximations difficiles).

[Patzewiz]

Bonjour,

De nombreuses expériences de diffusion d'électrons, de protons ou de neutrons sur les deutérons sont bien interprétées en considérant que ceux-ci sont un état lié entre un neutron et un proton décrit par des fonctions d'onde comportant une composante S et une composante D. Ces fonctions d'onde d'origine expérimentale restent néanmoins des approximations car il est impossible de déterminer leurs composantes à grande impulsion. Les composantes de faible impulsion peuvent être déterminées par des expériences à basse énergie c'est à dire en-dessous du seuil de création de particules. Quand on dépasse ce seuil les mécanismes de réaction se multiplient et on ne parvient plus à extraire les composantes d'impulsion élevée.

Les états à six quarks (dibaryons ou "six quarks in the bag") dont l'existence a été prédite par quelques théoriciens ont été assez intensivement recherchés à la fin des années 70 et dans les années 80, en particulier dans des expériences réalisées auprès du synchrotron Saturne II à Saclay. Les résultats n'ont jamais été complètement concluants mais l'interprétation des expériences est particulièrement difficile. Si le deutéron est un état à six quarks on se serait attendu à observer au moins des états excités analogues aux résonances delta ou N* bien établies dans le cas des nucléons.

Pour des noyaux plus gros décrits comme un sac de quarks, on pourrait aussi s'attendre à ce que des expériences mettent en évidence des excitations ne pouvant pas être décrites par des états formés de nucléons voire de résonances à 3 quarks en interaction. Je ne connais pas de résultats allant en ce sens.

[andretou]

Merci vivement Patzewiz pour cet éclairage qui répond pleinement à ma question ! Les noyaux sont donc bien des agrégats de nucléons...

[invite896757ff]

La matière n'existe pas, seule existe l'énergie, qui condensée donne l'illusion de la matière.

[Deedee81]

Salut,

La matière n'existe pas, seule existe l'énergie, qui condensée donne l'illusion de la matière.

Ah non, là je ne suis pas d'accord. Et ce pour plusieurs raisons :

1) L'énergie est juste une grandeur définie par les humains pour caractériser les systèmes physiques (pas n'importe comment bien sûr, elle a été définie telle qu'elle parce qu'elle est une grandeur bien pratique car conservée et il s'avère, merci Madame Noether, qu'elle est liée à une symétrie : l'invariance par rapport aux translations dans le temps, ce qui fait d'ailleurs que l'énergie peut parfois être mal définie en relativité générale).
2) L'énergie est une grandeur fort simple : un simple scalaire. Or il en faut bien plus que ça pour caractériser un système physique, même une particule élémentaire : masse, charges (au pluriel !), spin, hélicité... (on qualifie parfois de matière, mais attention car le terme est polysémique, les particules de spin demi-entier)

On sait qu'il y a un lien fort entre énergie et masse. Dire "la masse n'existe pas, seulement l'énergie" serait déjà plus juste..... Et encore !!!! La masse est une des formes de l'énergie qu'on qualifie parfois d'énergie propre et il serait certainement abusif de confondre l'énergie propre avec d'autres formes de l'énergie. De plus, même ainsi la masse n'est pas un truc simple puisqu'une part est due à l'interaction avec le champ de Higgs, une part à la structure de la matière (pour un système composite, intervient dans la masse les énergies cinétiques et potentielles internes, ce qui fait que la plus grosse partie de la masse d'un nucléon n'est pas due au champ de Higgs).

Et en physique, des termes comme matière ou illusion sont plutôt hors thématique voire sulfureux ("exister" est plutôt propre à la philosophie, parfois en physique on qualifie d'exister au sens physique : "ce qui peut se mesurer y compris indirectement" (*), et "illusion" est plutôt un terme de psychologie.... par contre les mirages ça c'est bien de la physique )

(*) Ce qui fait qu'au moins pour le physicien la matière existe bel et bien et cela a un caractère irréfutable.