« Le noyau atomique/Introduction historique : la découverte du noyau atomique » : différence entre les versions

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Après la découverte du noyau, les physiciens ont établit que le noyau était chargé positivement et de petite taille. Sa charge est de plus égale à la charge des électrons, mais de signe contraire. Certains scientifiques supposèrent que le noyau était lui-même composé de particules élémentaires, chargées positivement et de même masse que le noyau d'hydrogène. Parmi ces raisons, on peut citer la règle de Prout, mais celle-ci est loin d'être la seule. Dès 1903, Philipp Lenard avait établit un modèle où chaque électron était associé à une particule positive (le futur proton), l'ensemble des couples électron-proton étant lié par des interactions électrostatiques. Mais la découverte du noyau atomique avait réfuté ce modèle. Peu après, Antonius van den Broek suppose que la place de chaque élément dans la classification périodique est égale à la charge de son noyau, ce qui est confirmé par les expériences d'Henry Moseley en 1913.
 
De nos jours, on sait que ces particules existent bel et bien et on leur a même donné un nom : ce sont les protons. Ce sont des particules chargées électriquement. Leur charge est positive, de même valeur absolue que celle de l’électron. Il a une masse de <math>1,67262 \times 10^{-27}</math> kg, ce qui est presque égal à 1836,15 fois celle de l’électron. Son rayon est encore inconnu : certaines mesures donnent la valeur de 0,84184 femtomètres alors que les mesures basées sur des collisions avec des électrons donnent une valeur comprise entre 0,875 et 0,88 fm. La raison de cette différence n'est pas encore connue à ce jour.
 
Avec la découverte du proton, on a enfin une particule qui permet de rendre compte de la composition du noyau. En effet, la masse du noyau semble approximativement proportionnelle à la masse du proton. Mais cette hypothèse a un défaut : elle ne rend pas compte de la charge du noyau. En effet, si on suppose que le noyau atomique est composé de protons, alors la charge calculée ne correspond pas. Si on mesure la masse en unité d'atomes d'hydrogène et la charge électrique, il y a un facteur 2 entre ces deux valeurs : il doit y avoir deux fois plus de protons que d’électrons du point de vue de la masse, mais autant de protons que d’électrons du point de vue de la charge. Prenons l'exemple de l'atome de carbone 12, qui contient 6 électrons : son noyau a une charge de 6 (ce qui correspond à 6 protons), mais sa masse est de 12 fois celle du proton. Et ce problème se rencontre pour tous les noyaux, excepté pour l'hydrogène (et plus précisément pour son isotope appelé le protium). Pour résoudre ce problème, les physiciens ont postulé que le noyau contenait des électrons qui compensaient la charge de la moitié des protons. Cette théorie des électrons nucléaires avait cependant de nombreux problèmes techniques et expliquait mal certaines données expérimentales.
 
Il fallu la découverte du neutron en 1932 par Chadwick pour changer la donne. Les scientifiques ont rapidement compris que le noyau contenait à la fois des protons et des neutrons, suite à diverses observations qui montrèrent que le neutron est un constituant du noyau. Le neutron a une charge électrique nulle, contrairement au proton et à l’électron. Sa masse est très légèrement supérieure à celle du proton (un neutron est 1,0014 fois plus lourd que le proton) et vaut <math>1,67493 \times 10^{-27}</math> kg. Sa taille est similaire à celle du proton, ce qui aura son importance par la suite. Par contre, sa stabilité est assez bizarre : un neutron laissé en dehors d'un noyau se désintègre en d'autres particules en à peine un quart d'heure, alors qu'il est extrêmement stable dans un noyau.
 
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