Atomes : les forces nucléaires à l'origine des éléments chimiques - Élucid
Comment la matière s'organise-t-elle et sous quelles forces ? Dans ce second article sur les mécanismes fondamentaux de la matière, Élucid vous propose de mieux comprendre les forces à l’œuvre dans les noyaux atomiques et la diversité de l'univers qui nous entoure.
1 - Atomes : au cœur de la matière
2 - Les forces nucléaires à l'origine des éléments chimiques
3 - Stabilité et instabilité : Fusion, Fission et Radioactivité
4 - Fabriquer un élément : les alchimistes modernes
I. La force nucléaire
La force fondamentale régissant la matière est la force nucléaire qui attire les nucléons (i.e les protons et les neutrons qui composent le noyau) entre eux et maintient la cohésion du noyau, permettant de créer les atomes. Transmise par les gluons à l’intérieur des nucléons (qui ont un rayon d’environ 0,8 fm (femtomètre ou fermi, valant 10-15 m), elle a différentes particularités :
- à plus de 2,5 fm de distance, la force nucléaire devient faible, et elle est négligeable au-delà de 4 fm ;
- à 1,3 fm, distance typique des nucléons d’un noyau, la force nucléaire connait son maximum, générant une attraction extrêmement intense ;
- en dessous de 0,8 fm, la force nucléaire s’inverse selon le principe d’exclusion de Pauli et devient très fortement répulsive, empêchant les nucléons de s’effondrer les uns sur les autres. Ils se « collent », mais gardent une très faible distance entre eux.
Ainsi, la force nucléaire n’agit qu’à de très courtes distances, d’environ 3 à 4 fois le diamètre des nucléons, ce qui a des conséquences importantes pour les gros noyaux, comme nous le verrons dans les sections à venir.
— Permalien