La découverte du neutron et du positon, en thiiblant le

28
PHYSIQUE ET MICROPHYSIQUE
NOUVELLE CONCEPTION DU NOYAU
La découverte du neutron et du positon, en thiiblant le
nombre des particules matérielles élémentaires q u e nous connaissions, a naturellement beaucoup élargi le champ des possibilités en ce qui concerne la structure des noyaux atomiques.
Avant l a découverte du neutron, nous l’avons vu, nos connaissances nous avaient conduits, en utilisant les (deux sortes
de particules élémentaires dont nous disposions, à considérer
le noyau comme u n assemblage généralement t r & stable de
protons et d’électrons : cette opiiiion paraissait confirmée par
divers faits et notamment par l’aptitude cp’ont certains corps
radioactifs naturels (les seuls connus à cette époque) à se
désintégrer en &nettant des électrons sous forme de rayons p.
Néanmoins l’hypothèse cue les noyaux d’atomes sont formés
de protons e t d’électrons donnaient lieu à un certain nombre
de diffiruliés. En voici une des plus importantes. La Mécanique ondulatoire avait permis de mettre en relation les alternanres d’intensité que l’on constate dans les raies des spectres
de bande 6mis par les molécules biatomiqiies d ’ corps
~
simple avec le nombre de constituants que renferme le noyau de
l’atome de ce corps simple. E n appliquant ces conclusions à la
molkciile d’Azote, on en déduisait que le noyau d’Azote doit
contenir iin nombre pair de constituants. Or l’atome d’Azote
a u n n d r e atomique égaJ à 7 et un poids atomique égal à
1 4 . I1 est aisé d’en conclure que, si le noyau d’azote est formé
d’électrons et de protons, il doit contenir 14 protons et 7 électrons, re q7ii fait au total 21 conetitnants, nombre impair e n
contradiction avec la prévision precédente.
,4la suite de la découverte du neutron, M. Heisenberg a proposé line conception nouvelle de la constitution des noyaux,
LES PARTICULES ÉLÉMENTAIRES DE LA MATIÈRE
29
conception qui est aujourd’hui g6néralcrnen t adopt&. Elle
consiste i admettre que le noyau de l’atome est îoiine de
protoiis et de neutrons, c’est-à-dire par des assem1)lages des
deux types de parlicules lourdes. S’il en est ainsi, le noyau de
nombre atoniiqiie N et de poids atomique P (entier) doit
contenir N protons et P-N Neutrons, comme 011 le voit facilement. Avec ces hypothèses, on parvient i éviter les objcctions auxquelles se heurtait l’ancienne image des noyaiix formés de protons et d’électrons. P a r exemple, le noyau d’Azote
de nombre atomique 7 et de poids atomique 14 doit maintenant être considéré comme formé de 7 protons ct de 7 nei~troiià,
ce qui faii un nombre total de 14 constitiiaiits, nombre pair
e n accord avcc les prévisions de la R4&aiiic[iie oiidulaioirc.
Mais avec 1’Iiypotli&se d’HeiseiilIerg, comment peut-on
expliquer clue les radioélériients natiirels et certains radioéléments artificiels émettent des électrons iiégaiifs lors de leur
désintégration, tandis que par ailleurs d’autres radioéléments
artificiels éinettcnt des positons ? A cette question, on donne
nujourd’liui la réponse suivante : les neutrons peuvent se
transîormcr en protons avec émission ti’nii élcctroii iiégatiE et
les protoiis peuvent se transîornier cii neutrons avec émissioii
d’un électron positif. C e sont de telles traiisîorrnations q u i
s’opèrent dans les noyarix des radioéléments quand ils émettent
des rayons
négatifs ou des rayons p+ positiîs. Le proton
et le neutroii nous apparaissent donc niaiiiteiiant coniine deux
états diffbrents d’une même particule lourde qu’on appelle
anjoi~rd’liui N nucléon », l’un des états étant chargé positivement et l’autre neutre. On voit ici reparaître encore la
dissymbtrie caractéristique gui lie l’électricité positive i la
masse. On poiirrait bien imaginer l’existence d’iiii proton
négatif ayant même masse que le proton ordiiiaii-e avec iiiic
charge égale et de signe contraire : il serait la particule inverse
du proton ordinaire, comme I’électroii positif es1 la particule
inverse de l’électron ordinaire. Mais ce proton négatif, il
30
PHYSIQUE ET MICROPHYSIQUE
paraît ne pas exister ou du moins, s’il existait, sort apparition
devrait être bien exceptionnelle puisqu’on lie l’a jarnais encore
niis en évidriice. Et, dans les interac:tioiis qui se joiieiît lîabituellement à l’intérieur des noyaux atomiques, c’est au neutron,
et non à cet hypothétique proton négatif, que le proton positif
est intimement relié. Ainsi, pour les particiiles lourdes, c’est
l’électricité positive q u i joue seule un rôle tandis que, pour
les particules Iégkres, l’électricité négative a a u contraire, 1111
rôle prédominant, l’électron négatif étant stable e t I’électroii
positif n’ayant qu’uiîe existence transitoire.
Ces conceptions nouvelles sur les relatioiis dii proton et du
neutron conduisent à une conséquence qu’il est important de
souliguer. Dans la théorie quantique de 1’~niissioii et de
I’ahsorption du rayon~îement,on savait déjà depuis la théorie
de Bohr qu’une particule électrisée légère, telle q u e l’électron,
est susceptible d’émettre ou d’absorber un qiiantuni de rayonnement, un plioton, en changeant brusquement d’état. Et voici
maintenant qu’on eii arrivait à se dire : a de mibme qu’une
particule légère peut en changeant d’état émettre ou absorher
cette particule ultra-légère qu’est le plioton, de menie la particule lourde qu’est le nucléon doit pouvoir, e n changeant
d’état, émettre ou absorber ces particules légères que sont les
électrons et les positons 1). Cette idke, si intéressante par sa
forme même, allait bientôt, nous le verrons, jouer un rôle
très iniportant dans nos théories du noyau.
LES INTERACTIONS ENTRE LES CONSTITUANTS DU NOYAU
T,andis que s’élaboraient ces conceptions nouvelles, on seiitait la nécessité de développer une théorie des iateractions
eiitre protons et neutrons susceptible de rendre coiiipte de la