Cohésion de la matière à l`échelle du noyau
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Cours Première S Ecole Jeannine Manuel Cohésion de la matière à l’échelle du noyau I) Caractéristiques des particules élémentaire En classe de première, on distingue 3 types de particules que nous qualifierons d’élémentaires : les protons, les neutrons et les électrons (nous savons que les protons et les neutrons sont en fait constitués de particules encore plus élémentaires, les quarks). Ces « briques de base » constituent toute forme de matière que ce soit à l’échelle astronomique, humaine ou microscopique. Le noyau est constitué de protons et de neutrons. Ils sont appelés les nucléons. Le nombre de masse A est égal au nombre de nucléons. Les caractéristiques des particules élémentaires sont : Particule Masse (kg) Charge (coulomb, C) rayon -27 -19 proton mp = 1,673.10 qp = 1,6.10 1,2.10-15m neutron mn = 1,675.10-27 qn = 0 1,2.10-15m électron me = 9,11.10-31 qe = -1,6.10-19 La charge électrique, notée q, s’exprime en coulomb (symbole C). L’électron porte une charge électrique −e = −1, 6.10 −19 C où e est la charge élémentaire. II) La charge élémentaire Toute charge électrique q est un multiple de la charge élémentaire : q = n.e , avec n entier positif ou négatif. III) L’atome et le noyau 1) Charge électrique Dans un atome, protons et neutron sont localisés dans le noyau. Le nombre Z, nombre de charge, de protons est égal à celui des électrons. La charge électrique totale de l’atome est nulle. 2) Dimensions et ordre de grandeurs Le diamètre de l’atome d’hydrogène est de l’ordre de 10-10m, celui de son noyau est de l’ordre de 10-15m. Bien que le noyau soit 105 fois plus petit que l’atome lui-même, la masse du noyau représente la quasi totalité de la masse de l’atome : m nucléon ≈ 1800 m électron Donc, finalement, l’atome dans sa grande majorité n’est constitué que de vide : on parle de la structure lacunaire de l’atome. S.COUTRY Cohésion de la matière à l’échelle du noyau Page 1 sur 3 Cours Première S Ecole Jeannine Manuel IV) Cohésion du noyau Entre les nucléons du noyau s’exerce une force attractive de valeur environ 1000 fois plus grande que celle de la force coulombienne répulsive entre les protons. Cette interaction s’exerce indifféremment entre protons, entre neutrons ou entre proton et neutron, mais elle est inexistante entre un électron et un nucléon car elle est indépendante de la charge électrique. Elle ne s’applique qu’aux quarks et à leurs constituants. Sa portée est de l’ordre de 10-15m, elle est donc confinée au cœur du noyau. L'interaction forte, bien que 100 à 1000 fois plus forte que l’interaction électromagnétique, ne nous est pas familière car son action ne dépasse pas les dimensions du noyau. V) Les particules élémentaires d’après le modèle standard Interaction Fermions Bosons Portée Charge spécifique Gravitationnelle Pesanteur, les marées, les trajectoires des planètes... toutes les particules graviton (reste à découvrir) infinie, décroît avec la distance masse 10 photon infinie, décroît avec la distance électricité 10 10 m, croît avec la distance Electromagnétique leptons Quasiment tous les chargés et phénomènes de la quarks vie courante Intensité relative -36 -2 -15 Forte Cohésion des noyaux atomiques quarks gluon Faible Radioactivité beta, Soleil leptons et quarks boson + (W , W , Z°) Fermions ("briques" concernées) : particules de spin 1/2 entier Leptons : particules libres : électron, neutrino Quarks : particules prisonnières des protons et des neutrons S.COUTRY -18 10 m couleur faible 1 -7 10 Bosons ("ciment" messager) : particules de spin entier (photon, gluon, W, Z°, Higgs) Cohésion de la matière à l’échelle du noyau Page 2 sur 3 Cours Première S Ecole Jeannine Manuel Documents fournis par l’IN2P3 S.COUTRY Cohésion de la matière à l’échelle du noyau Page 3 sur 3
