L'interaction forte et la cohésion de la matière
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• citer les interactions fondamentales ;
• expliquer la cohésion du noyau par l'interaction forte ;
• indiquer quelle interaction assure la cohésion de la matière à l'échelle du noyau, de l'atome, à notre échelle et à l'échelle astronomique.
Situation
Dans un noyau, les protons, tous chargés positivement, sont serrés les uns contre les autres : ils se repoussent violemment. Pourquoi le noyau n'éclate-t-il pas ?
1. Les interactions fondamentales
Tous les phénomènes, la chute d'une pomme, la lumière d'une lampe, l'énergie des étoiles, s'expliquent par quatre interactions fondamentales :
Les quatre interactions
- l'interaction gravitationnelle (Newton, 1687) : toujours attractive, de portée infinie, elle agit sur les masses ; elle explique la pesanteur, les marées, le mouvement des planètes et des étoiles ;
- l'interaction électromagnétique : électricité et magnétisme ont été unifiés par Maxwell dans les années 1860. Attractive ou répulsive, de portée infinie, elle agit sur les charges ; elle lie les électrons aux noyaux et explique la lumière ;
- l'interaction forte, qui assure la cohésion des noyaux ;
- l'interaction faible, responsable de certaines désintégrations radioactives.
Les deux dernières, forte et faible, n'agissent qu'à l'échelle du noyau.
2. Les forces dans un noyau d'hélium
Le noyau d'hélium 4 contient 2 protons et 2 neutrons ; un nucléon a un rayon d'environ 1,2.10-15 m.
Les forces entre deux protons
- Gravitation entre deux protons au contact (r = 2,4.10-15 m) : F = 6,67.10-11 × (1,67.10-27)2 / (2,4.10-15)2 ≈ 3.10-35 N.
- Répulsion électrique entre deux protons séparés par un neutron (r = 4,8.10-15 m) : F = 9.109 × (1,6.10-19)2 / (4,8.10-15)2 ≈ 10 N, une force énorme pour des particules si légères.
De plus, les nucléons s'agitent à des dizaines de milliers de km/s. Avec ces seules forces, le noyau éclaterait.
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