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Concept
Structure nucléaire
Résumé
La connaissance de la structure des noyaux atomiques, ou structure nucléaire est une question ouverte après un siècle de recherches en physique nucléaire. La force nucléaire entre les nucléons (protons et neutrons) qui composent le noyau, est une force résiduelle de l'interaction nucléaire forte qui lie les quarks dans le nucléon. L'interaction entre deux nucléons dans le noyau n'a pas d'expression analytique simple (comme par exemple, la loi de Coulomb pour l'électrostatique), notamment si l'on doit tenir compte de l'effet des nucléons environnants. On utilise des formes paramétrées dites forces nucléon-nucléon effectives.
D'autre part, mis à part les légers (masse atomique inférieure ou égale à 30), les noyaux sont des objets mésoscopiques. Ils ont trop de composants pour les considérer individuellement et pas assez pour faire les approximations usuelles dans l'étude des milieux infinis. Il n'y a pas de modèle unique pour la structure du noyau atomique : la tentative la plus aboutie dans cette direction est l'objet des deux tomes Nuclear structure de A. Bohr et B. Mottelson.
Modèle de la goutte liquide
L'un des premiers modèles du noyau, proposé par Weizsäcker en 1935, est celui de la goutte liquide
(voir le détail sous Formule de Weizsäcker). Le noyau est assimilé à un fluide (quantique) constitué de nucléons (protons et neutrons) qui sont confinés dans un volume fini de l'espace par l'interaction forte. L’équilibre de cette goutte est le résultat de plusieurs contributions :
une contribution attractive : chaque nucléon interagit avec ses voisins via l'interaction forte. La somme de toutes ces interactions permet au noyau d'exister. On peut montrer que ce terme est proportionnel au volume du noyau : c'est donc le terme dit de volume ;
une contribution répulsive due à un effet de surface : les nucléons situés près de la surface du noyau ont moins de voisins que ceux au centre du noyau. Ils interagissent donc moins et sont donc moins liés. L'énergie de liaison totale en est diminuée d'autant : c'est le terme de surface ;
une deuxième contribution répulsive coulombienne.
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