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Henri SERGOLLE : Professeur à l’Université Paris-Sud
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Lire l’articleINTRODUCTION
Cet article doit permettre au lecteur de comprendre la stabilité du noyau, cet édifice très petit et extraordinairement dense situé au cœur de l’atome. C’est une étape nécessaire à la compréhension de notre Univers, depuis la physique des constituants élémentaires jusqu’à la cosmologie. La compréhension des propriétés du noyau fournit aussi les bases nécessaires pour aborder les techniques nuclé-aires (énergie nucléaire, applications à la médecine et à la biologie, imagerie, implantation…), non traitées ici.
Quelques exemples de recherches actuelles sur des noyaux très exotiques et sur la matière nucléaire dans des conditions extrêmes de moment cinétique (spin) ou de température illustrent les concepts de physique nucléaire et les apports pos-sibles à d’autres domaines, telles la physique des pfarticules et l’astrophysique.
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2. Le noyau système quantique
2.1 Le noyau comme un exemple de problème à n corps
Système extrêmement petit et très fortement lié, le noyau relève d’une description quantique. Son étude constitue un exemple du vieux problème à n corps commun à plusieurs disciplines de la physique : ici, les A nucléons, protons et neutrons, soumis aux interactions forte et électromagnétique. Rechercher les différents états quantiques stationnaires (état fondamental et états excités) dans lesquels ce système peut exister revient à résoudre l’équation de Schrödinger :
Dans cette expression, Φ représente la fonction d’onde spatiale qui décrit le noyau dans l’état d’énergie E. L’opérateur hamil-tonien H est lié à l’énergie cinétique et potentielle des nucléons par :
où Ec i représente l’énergie cinétique du nucléon i et Vij l’énergie d’interaction des nucléons i et j.
Deux raisons interdisent aujourd’hui une résolution rigoureuse de ce problème :
-
l’interaction forte n’est pas connue avec une précision suffi-sante ;
-
par ailleurs, on ne sait pas techniquement, même en faisant appel aux ordinateurs les plus puissants, résoudre exactement les équations régissant plus de 3 corps.
Il faut donc recourir à des approximations.
-
La première démarche a consisté à construire des modèles, dont les idées de base sont souvent suggérées par des faits expérimentaux.
Le modèle de la goutte liquide, précédemment...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Noyaux atomiques et radioactivité. - Pour la Science, M 1 930 - octobre 1996.
-
(2) - VALENTIN (L.) - Le monde subatomique. - Hermann - 1995.
-
(3) - POVH (B.), RITH (K.), SCHOLZ (C.), ZETSCHE (F.) - Particles and Nuclei : an introduction to the physical concepts - Springer Verlag - 1995.
-
(4) - TUBIANA (M.), DAUTRAY (R.) - La radioactivité et ses applications. - Collection Que sais-je - 1996.
-
(5) - WEISSKOPF (V. F.) - The development of field theory in the last 50 years. - Physics Today - novembre 1981.
-
(6) - HEYDE (K. L. G.) - The nuclear shell model. - Springer Verlag - 1990.
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