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Force nucléaire

Introduction

Cet article concerne la force appelée parfois force forte résiduelle. Pour la "force nucléaire forte", voir interaction forte; pour la "force nucléaire faible", voir interaction faible. Voir aussi énergie nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) pour ses applications.

La force nucléaire est une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) qui s'exerce entre nucléons. Elle est responsable de la liaison des protons et des neutrons dans les noyaux atomiques. Cette force peut être comprise en termes d'échange de mésons légers, comme les pions.

Elle est parfois appelée force forte résiduelle, pour la distinguer de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) forte que l'on explique maintenant à partir de la chromodynamique quantique (La chromodynamique quantique, acronyme QCD de l'anglais Quantum ChromoDynamics, est une théorie physique qui décrit l’interaction forte, l’une des forces fondamentales. Elle...). Cette formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits homogènes, stables et possédant des propriétés spécifiques, en mélangeant...) a été introduite dans les années 1970 en raison d'un changement de paradigme. Auparavant, la force nucléaire forte désignait la force entre nucléons. Après l'introduction du modèle des quarks, l'interaction forte a désigné la force définie par la chromodynamique quantique. Les nucléons n'ayant aucune charge de couleur (En physique des particules , la charge de couleur est une propriété des quarks et des gluons qui ont leur propre interaction forte dans le contexte de la chromodynamique...), la force nucléaire n'implique pas directement les gluons, particules responsables de l'interaction forte.

Historique

La force nucléaire est au cœur de la physique nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :) depuis la naissance de cette discipline en 1932 avec la découverte du neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les...) par James Chadwick. Le but traditionnel de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) nucléaire est de comprendre les propriétés du noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de neutrons (les nucléons). La taille du noyau (10-15 m) est considérablement plus petite que celle de l'atome (10-10 m) et concentre quasiment toute sa...) en termes d'interactions 'nues' entre paires de nucléons, ou forces nucléon-nucléon (NN).

En 1935, Hideki Yukawa fut le premier à tenter d'expliquer la nature de la force nucléaire. Selon sa théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou...), des bosons massifs (mésons) servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) de médiateurs à l'interaction entre deux nucléons. Bien que, à la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) de la chromodynamique quantique, la théorie des mésons ne soit plus perçue comme fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.), le concept d'échange de mésons (dans lequel les hadrons sont traités comme des particules élémentaires) représente toujours le meilleur modèle quantitatif pour le potentiel NN.

Historiquement, la simple description qualitative de la force nucléaire se révéla une tâche considérable, et la construction des premiers modèles quantitatifs semi-empiriques au milieu des années 1950 n'intervint qu'après un quart de siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la...) de recherches. Depuis lors, des progrès substantiels sont intervenus dans les domaines expérimentaux et théoriques concernant la force nucléaire. La plupart des questions fondamentales ont été tranchées dans les années 1960 et 1970. Plus récemment, les expérimentateurs se sont concentrés sur les aspects subtils de la force nucléaire, comme la dépendance de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un...), la détermination précise de la constante de couplage πNN, l'amélioration de l'analyse du décalage de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :), la mesure de haute précision des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) et des potentiels NN, la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion...) NN pour des énergies intermédiaires et élevées, et les tentatives de description de la force nucléaire à partir de la chromodynamique quantique.

Potentiels nucléon-nucléon

Les systèmes à deux nucléons tels que le deutéron ou encore la diffusion proton-proton ou neutron-proton sont idéaux pour étudier la force NN. De tels systèmes peuvent être décrits en attribuant un potentiel (tel que le potentiel de Yukawa) aux nucléons et en utilisant les potentiels dans une équation de Schrödinger (L'équation de Schrödinger, conçue par le physicien autrichien Erwin Schrödinger en 1925, est une équation fondamentale en physique quantique non-relativiste. Elle décrit l'évolution dans le temps d'une...). Cette méthode permet de déterminer la forme du potentiel, bien que pour les interactions à longue portée, les théories impliquant les échanges de mésons en facilitent la construction. Les paramètres du potentiel sont déterminés par adaptation aux données expérimentales telles que l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de liaison du deutéron ou les sections efficaces de diffusion élastique (Une diffusion élastique (ou collision élastique) est une interaction au cours de laquelle la quantité d'énergie cinétique entre deux corps est conservée.) NN (ou, de façon équivalente dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le...), ce que l'on appelle les décalages de phase NN).

Les potentiels NN les plus couramment utilisés sont notamment le potentiel de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin...), le potentiel Argonne AV18 et le potentiel CD-Bonn et les potentiels de Nijmegen.

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