Cohésion de la matière à l`échelle du noyau

Cours Première S Ecole Jeannine Manuel
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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
proton m
p
= 1,673.10
-
27
q
p
= 1,6.10
-
19
1,2.10
-
15
m
neutron m
n
= 1,675.10
-
27
q
n
= 0 1,2.10
-
15
m
électron m
e
= 9,11.10
-
31
q
e
= -1,6.10
-
19
La charge électrique, notée q, s’exprime en coulomb (symbole C).
L’électron porte une charge électrique
19
1,6.10
e C
−
− = − où e est la charge élémentaire.
II) La charge élémentaire
Toute charge électrique q est un multiple de la charge élémentaire :
.
q ne
=
, 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 :
nucléon
électron
m
1800
m≈
Donc, finalement, l’atome dans sa grande majorité n’est constitué que de vide : on parle de la
structure lacunaire de l’atome.

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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
-15
m, 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
Intensité
relative
Gravitationnelle
Pesanteur, les
marées, les
trajectoires des
planètes...
toutes les
particules
graviton
(reste à
découvrir)
infinie,
décroît
avec la
distance
masse 10
-36
Electromagnétique
Quasiment tous les
phénomènes de la
vie courante
leptons
chargés et
quarks
photon
infinie,
décroît
avec la
distance
électricité 10
-2
Forte
Cohésion des
noyaux atomiques
quarks gluon
10
-15
m,
croît avec
la
distance
couleur 1
Faible
Radioactivité beta,
Soleil
leptons et
quarks
boson
(W
+
, W
-
,
Z°)
10
-18
m faible 10
-7
Fermions
("briques" concernées) :
particules de spin 1/2 entier
Leptons : particules libres : électron, neutrino
Quarks : particules prisonnières des protons et des neutrons
Bosons
("ciment" messager) :
particules de spin entier
(photon, gluon, W, Z°, Higgs)

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