LE NOYAU DE L'ATOME (Sciences et Techniques)

« La physique nucléaire est née avec la découverte de la radioactivité.

En 1896, Henri Becquerel remarqua qu'uneplaque photographique noircissait si on la plaçait à proximité d'un minerai contenant des composés de l'uranium.Ces composés devaient donc émettre des radiations capables de les impressionner.

En 1899, Pierre Curie etsa femme Marie Curie parvinrent à extraire du mystérieux minéral la substance radioactive responsable de cetétrange phénomène.

Cette substance fut baptisée radium.

Un an plus tard, Ernest Rutherford classifia lesradiations émises par les substances radioactives en trois groupes : radiations a, b et g.

Rutherford observa en outre que les atomes qui émettent des radiations se transforment en atomes différents, c'est-à-dire dotés depropriétés chimiques différentes de celles qui sont caractéristiques des atomes de départ.

Beaucoupd'expériences furent menées dans les années suivantes dans le but d'identifier la composition des trois types deradiation.

Leurs résultats ont conduit à la conclusion que la radiation a est constituée de noyaux d'hélium (deux protons et deux neutrons), la radiation b d'électrons (ou de leurs antiparticules, les positrons), tandis que la radiation g est une radiation électromagnétique (constituée par conséquent de photons), particulièrement énergétique.En 1911, Rutherford conçut le modèle d'atome qui porte son nom : un « noyau » contenant la plus grande partiede la masse de l'atome, chargé d'électricité positive et ayant un rayon beaucoup plus petit que le rayonatomique.

Autour du noyau, un certain nombre d'électrons sont sur des orbites circulaires.

Deux années plus tard,Niels Bohr présenta sa théorie sur la structure de l'atome.

Elle complétait le modèle de Rutherford et, surtout, elleexpliquait les processus d'émission et d'absorption de photons par les atomes d'hydrogène.

Ce résultat stimulales études de physique atomique et mena, vers 1920, à la formulation de la mécanique quantique par Louis deBroglie, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Paul Dirac, Wolfgang Pauli et d'autres.

La nouvelle théorie,expérimentée avec succès dans la description de l'atome, fut bientôt appliquée à l'étude des noyaux atomiques.C'est ainsi que l'on put comprendre les lois, établies dans les premières décennies du XX e siècle, relatives aux transmutations nucléaires accompagnées de l'émission de particules a et b.

La structure du noyau devint plus claire quand, en 1932, James Chadwick découvrit le neutron, une particule ayant environ la même masse que leproton, mais avec une charge électrique nulle.

On aboutit ainsi à l'hypothèse, selon laquelle les noyaux atomiquesconsistent en protons et en neutrons.

Cela conduisit à rejeter d'autres explications alternatives, comme celleselon laquelle les noyaux seraient constitués de protons et d'électrons.La connaissance des propriétés nucléaires fit des progrès remarquables grâce à des expériences au coursdesquelles les noyaux étaient bombardés au moyen de particules légères (protons, électrons, particules a, etc.). L'étude de la transmutation artificielle d'une espèce chimique en une autre revêtit aussi une grande importance.C'est à ce stade de la recherche que commença également l'étude des forces nucléaires, celles qui assurent lacohésion des protons et des neutrons.

On comprit immédiatement que les forces nucléaires sont beaucoup plusfortes que les forces électromagnétiques et gravitationnelles, et qu'elles n'agissent que sur des distances trèscourtes, comparables au rayon du noyau.

En 1939, Hideki Yukawa, suivant une suggestion de Heisenberg,formula l'hypothèse selon laquelle les forces qui s'exercent entre les constituants du noyau sont dues à desparticules lourdes (300 fois plus que les électrons).

Ces particules, appelées mésons p, furent effectivement découvertes dans la radiation cosmique en 1946.

DÉVELOPPEMENT DES THÉORIES Hypothèse proton-électron Le fait que certains noyaux atomiques radioactifs émettent des rayons a et b, tous deux de nature corpusculaire, suggère l'idée selon laquelle ils sont constitués de particules.

En 1816, Prout avait remarqué que tous lesatomes connus à l'époque avaient une masse approximativement identique à un nombre entier de fois la masseatomique de l'hydrogène.

Ce fait suggéra l'hypothèse selon laquelle tous les noyaux seraient des agrégats denoyaux d'hydrogène.

Cette hypothèse fut écartée quand on s'aperçut qu'il existait des masses atomiquesfractionnaires, comme celle du chlore (35,48) et du bore (10,81).Au début du XX e siècle, on reprit en considération l'idée selon laquelle les noyaux contenaient des constituants plus petits.

On comprit qu'il existait des atomes ayant les mêmes propriétés chimiques, mais une massedifférente.

Ces atomes, qui appartiennent à la même espèce chimique, et se trouvent par conséquent dans lamême case de la classification périodique de Mendeleiev, sont dits isotopes.

En réalité, la plupart des élémentschimiques existant dans la nature sont constitués de mélanges d'isotopes.

Cela explique la présence de massesatomiques fractionnaires.Vers 1920, il fut possible d'établir qu'il n'existait aucun constituant nucléaire de charge positive plus léger que lenoyau de l'hydrogène.

On parvint donc à la conclusion que le constituant fondamental des noyaux atomiques était. »