90 - un neutron dans tous ses etats !

LA THEMATIQUE : L'interaction forte, ou force forte (appelée parfois force de couleur),

La force forte est responsable de la cohésion des nucléons (protons et neutrons) au sein du noyau de l'atome. Le noyau atomique est composé de protons de charge électrique positive, et de neutrons de charge électrique nulle. La répulsion coulombienne tend à séparer les protons. C'est l'interaction forte, portée par les gluons, qui permet d'assurer la stabilité du noyau.

La théorie qui décrit l'interaction forte est la chromodynamique quantique, aussi appelée par son acronyme anglais QCD (Quantum ChromoDynamics). D'après cette théorie, chaque quark porte une charge de couleur qui peut prendre trois valeurs : « bleue », « verte » ou « rouge ». Ces « couleurs » n'ont rien à voir avec la perception visuelle, c'est une analogie choisie pour rendre compte du fait qu'on obtient une charge neutre en combinant les trois charges de base, comme on obtient du blanc en combinant de la lumière bleue, verte et rouge, la somme des trois couleurs étant neutre.

Aux distances typiques de séparation des nucléons (1,3fm), c'est une force attractive très intense.

À de plus faibles distances, la force est fortement répulsive, ce qui maintient une certaine séparation entre nucléons.

Au-delà d'environ 1,3 fm, la force décroît exponentiellement vers zéro.

À courtes distances, la force nucléaire est plus intense que la FEM; elle peut vaincre la répulsion entre protons produite par la force de Coulomb à l'intérieur du noyau. Cependant, la force de Coulomb entre protons a une plus grande portée et devient la seule force significative entre protons quand ils sont séparés de plus de 2,5 fm.

La force NN est pratiquement indépendante de la nature des nucléons, neutrons ou protons. Cette propriété est appelée indépendance de charge.

La force NN dépend du fait que les spins des nucléons sont parallèles ou antiparallèles.

COMMENTAIRES

La théorie de la force forte est d’une complexité extrême ( que nous vous avons épargné) et force est de constater que plus cette complexité règne plus nous nous éloignons de la vérité. Il faut alors accéder au cœur du problème qui n’a pas été compris et à partir duquel on multiplie biais, chevilles et «  épicycles. »

La force nucléaire se distinguerait de la FEM par de nombreux cotés mais surtout par l’un essentiel : cette force présente cette originalité de fonctionner par association d’une particule neutre et d’une particule chargée. Mais,- oh surprise ! - à cette occasion, on rend inoffensif la charge du proton dont on ne voit plus l’utilité face à une particule neutre.

Les théoriciens parviennent à réaliser cette prouesse de rester dans le schéma classique des pôles magnétiques opposés par lesquels particules, atomes et molécules s’attirent se lient ou se repoussent tout en le rendant complètement caduque. Dès lors, toute la théorie « coloriste » de la QCD avec ses quarks va consister à un échange de couleurs pour aboutir à neutraliser le neutron.

Il est vrai que celui-ci peut changer de couleur et se transformer en proton dans l’atome. De là cette affirmation surprenante de l’indépendance des charges qui tend à regrouper sous le terme de nucléons deux particules aux propriétés indiscernables et donc interchangeables.

Nous sommes donc en pleine confusion qu’il nous appartient de dissiper en posant quelques questions et principes simples. Tout d’abord, est-il possible que dans l’atome puisse exister deux types de forces (FEM et FN) aux principes de fonctionnement assez différents ?  Si on constate la neutralité du neutron lorsqu’il est arraché de l’atome, peut-il être également neutre lorsqu’il est associé au proton dans l’atome ? La neutralité signifie la non réactivité or le neutron atomique n’est rien moins que neutre dans l’atome puisqu’il est intimement lié au proton. Et si sa charge n’est pas neutre, que pourrait-elle bien être ? Quel pourrait être en effet la nature d’une force jamais observée qui associerait une particule chargée et une autre neutre ? Il faudrait l’inventer de toute pièce et les théoriciens de la force forte ont réalisé ce "tour de force" non sans d’interminables et multiples contorsions.

En définitive, il nous faut revenir à plus de raison en affirmant la nécessité de respecter le schéma classique d’une force qui associe des particules dont les charges sont opposées. Le neutron atomique a donc une charge négative opposée à celle du proton. Le maintien de l’atome, qui évite son annihilation, est assuré par cette légère différence de masse qui singularise le neutron et qu’on ne saurait considérer comme interchangeable avec le proton. A partir de ces principes qui unifient FN et FEM quant aux modalités identiques de fonctionnement, on pourra ALORS examiner leurs différences.