Force nucléaire - Définition et Explications

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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...) 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...) 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...). Cette formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits...) 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...), 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 science qui étudie non seulement le noyau atomique en tant...) depuis la naissance de cette discipline en 1932 avec la découverte du neutron (Le neutron est une particule subatomique de charge électrique totale nulle.) par James Chadwick (Sir James Chadwick (20 octobre 1891 à Manchester - 24 juillet 1974 à...). Le but traditionnel de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) 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...) en termes d'interactions 'nues' entre paires de nucléons, ou forces nucléon-nucléon (NN).

En 1935, Hideki Yukawa (Hideki Yukawa (湯川 秀樹, Hideki Yukawa?) (23 janvier 1907 à...) 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,...), 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...) 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...) 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...), 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...), la mesure de haute précision des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) et des potentiels NN, la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) 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...). 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...) 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...) NN (ou, de façon équivalente dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions 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...), le potentiel Argonne AV18 et le potentiel CD-Bonn et les potentiels de Nijmegen.

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