7. Que signifie l`équivalence entre matière et énergie ? Le noyau d

7. Que signifie l’équivalence entre matière et énergie ?
Le noyau d’un atome comporte deux types de nucléons stables : les protons et
les neutrons, dont les masses diffèrent à peine.
mp = 1,007 267 63 unité de masse atomique (u)
mn = 1,008 665 44 unité de masse atomique (u)
L’unité de masse atomique correspond à 1,66·10-24g, soit le douzième de la
masse d’un atome de carbone. La charge électrique positive d’un proton est
égale à celle, négative, d’un électron.
La masse et l’énergie étant équivalentes, la masse peut aussi s’exprimer en
énergie :
1 u = 931,16 MeV (mégaélectronvolt)
Proton et neutrons sont liés par des forces d’une extrême puissance. On
suppose qu’il s’agit de forces de compensation entre des nucléons de masse
infiniment plus petite, les mésons. La question du « pourquoi » ne se pose pas
dans le présent contexte et il est d’ailleurs impossible d’y répondre.
Il faut une certaine énergie pour fractionner un noyau en ses différents
composants. Inversement, la liaison des protons et neutrons pour former un
noyau libère de l’énergie. L’énergie moyenne de cohésion varie entre 8 et 9
MeV par nucléon. La déperdition de masse du noyau se calcule en divisant
l’énergie moyenne de cohésion par c2 (c = vitesse de la lumière). La fission
totale d’un gramme d’uranium, par exemple, produit une énergie de 8,2·107
kJ (1g = 25·1010 kWh).
L’équivalence de l’énergie et de la matière permet d’exprimer la matière en
énergie. Les quantités d’énergie libérées sont énormes. La transformation
intégrale d’un seul gramme de matière générerait quelque 25·1010 kWh. La
consommation annuelle moyenne d’un ménage étant de 8000 kWh, on
pourrait théoriquement fournir de cette manière de l’électricité à 30 millions
de ménages pendant un an. Malheureusement, nous ne connaissons pas la
pompe qu’il faudrait actionner pour accéder à ces immenses réserves
énergétiques, il faut nous contenter des méthodes de fission nucléaire,
imparfaites et fort dangereuses, qui ne libèrent qu’une fraction de l’énergie de
cohésion.
Les faits précédemment décrits en relation avec la matière et l’énergie
confirment la puissance emmagasinée dans l’atome sous forme d’énergie de
cohésion du noyau, autrement dit la transformation de matière en énergie - un
processus qui a lieu continuellement dans le soleil par fusion nucléaire. Ils
témoignent des énormes réserves d’énergie non seulement dans l’univers
mais encore sur Terre.
Comment se fait-il que la matière puisse se transformer en énergie ?
D’où proviennent ces gigantesques quantités d’énergie ?
Pourquoi certains noyaux atomiques sont-ils stables et d’autres pas ?
(Radioactivité)