Après avoir vu l’atome, sa composition et ses variants (les fameux isotopes), il convient de connaître les modes d’interaction des atomes entre eux.
C’est important, car cela permet de comprendre le comportement des atomes.
Quatre interactions fondamentales régissent l’Univers :
- l’interaction électromagnétique,
- l’interaction faible,
- l’interaction forte
- Et l’interaction gravitationnelle.
L’interaction gravitationnelle
L’interaction gravitationnelle est une action réciproque existant entre des corps possédant une masse et a une portée infinie. Par exemple le mouvement de la Lune autour de la Terre, de la Terre autour du Soleil, d’un objet qui tombe sont des manifestations de l’interaction gravitationnelle.
Pour comprendre ce passage, il faut avoir en tête que lorsqu’une pomme tombe sur la Terre, c’est en même temps :
- La Terre qui attire la pomme vers elle
- La pomme qui attire la Terre vers elle
Mais comme la masse de la pomme est extrêmement faible par rapport à la masse de la Terre, nous ne pouvons pas voir que la pomme attire la Terre.
C’est donc l’interaction gravitationnelle qui assure la cohésion de l’Univers.
Cette interaction est toujours très faible et nécessite que les corps aient une grande masse pour que cette interaction ne soit pas négligeable. C’est pourquoi elle prédomine à l’échelle astronomique. Elle est aussi toujours attractive.
Cette interaction n’est pas nécessaire pour maitriser la fission nucléaire.
L’interaction électromagnétique
L’interaction électromagnétique régit tous les phénomènes électriques et magnétiques. Elle peut être attractive ou répulsive : par exemple, deux pôles d’aimants de même signe (« nord » ou « sud ») vont se repousser alors que deux pôles d’aimants de signe opposé vont s’attirer.
Cette interaction est liée à l’existence de charges électriques et est notamment responsable de la cohésion des atomes en liant les électrons (charge électrique négative) attirés par le noyau de l’atome (charge électrique positive).
C’est la force qui permet aux atomes de se regrouper et de former les molécules par exemple
Un électron peut être excité lorsqu’il reçoit de l’énergie (un photon par exemple). Il va donc sauter de son orbite stable, pour rejoindre une orbite supérieure. Mais c’est une situation instable la plupart du temps. Cet électron rejoint alors une orbite stable, plus basse en énergie, en libérant de l’énergie (photon). Cette une réaction rapide (cf. Articles wikipedia sur la phosphorescence et la fluorescence)
Le photon est la particule élémentaire associée à l’interaction électromagnétique. Il est de charge électrique nulle et sans masse, ce qui fait que cette interaction a une portée infinie.
L’interaction faible et interaction forte
L’interaction faible et l’interaction forteforment la force nucléaire. Sans rentrer dans les détails, c’est la force qui lie les particules entres elles (neutrons et protons).
C’est cette force qui est mise en jeu dans le cas de la fusion, ou bien celle qui nous intéresse, la fission.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Interaction_%C3%A9l%C3%A9mentaire
Récupérer une partie du cours de neutronique pour rappeler les 4 forces fondamentales qui animent la matière:
- Gravitation
- Electro-magnetique
https://www.cea.fr/comprendre/Pages/matiere-univers/essentiel-sur-4-interactions-fondamentales.aspx
’interaction électromagnétique, l’interaction faible, l’interaction nucléaire forte et l’interaction gravitationnelle
Force forte – Particules médiatrices (boson vecteurs) : gluons ; Domine dans : noyau atomique
Force électromagnétique – Particules médiatrices (boson vecteurs) : photons – Domine dans : électrons entourant le noyau
Force faible – Particules médiatrices (bosons vecteurs) : Boson Z0, W+, W- – Domine dans : Désintégration radioactive bêta
Gravitation – Particules médiatrices (bosons vecteurs) : Graviton ? (pas encore observé) – Domine dans : Astres.
| Interaction | ||
|---|---|---|
Source Wikipédia Interaction élémentaire
Dans la vision de la loi de la gravitation universelle de Newton, l’interaction gravitationnelle est celle qui agit entre des corps massifs. La force est attractive. La pesanteur et les mouvements des astres sont dus à la gravitation.
La gravitation est la plus faible des quatre interactions fondamentales. Elle s’exerce à distance et de façon attractive entre les différentes masses. Sa portée est infinie.
A ce jour, on ne sait pas décrire l’interaction gravitationnelle par la mécanique quantique, et on ne lui connaît aucun boson médiateur. Au niveau théorique, la gravitation pose problème car on ne sait pas la décrire à l’aide du formalisme de la « théorie quantique des champs », utilisé avec succès pour les trois autres interactions. L’hypothétique graviton serait la particule médiatrice de la gravitation dans une description quantique de cette interaction.
PORTÉE DE L’INTERACTION ENTRE DEUX CORPS
La masse du boson vecteur (ou médiateur) va définir la portée de l’interaction. Imaginez deux particules en interaction comme deux personnes se lançant une balle, représentant le boson vecteur : plus la balle est légère, plus ils peuvent la lancer loin. Par analogie, plus le boson vecteur est léger, plus la portée de l’interaction est grande.
LA THEORIE DU TOUT : VERS L’UNIFICATION DES INTERACTIONS FONDAMENTALES ?
L’objectif des recherches est de trouver une théorie qui expliquerait simultanément les quatre interactions fondamentales.
L’unification des quatre interactions fondamentales fait partie des axes de recherche principaux de la physique des particules. Une première étape a été franchie il y a une trentaine d’années avec l’unification de l’interaction faible et de la force électromagnétique dans un même cadre : l’interaction électrofaible. Celle-ci se manifeste à haute énergie – environ 100 GeV. La suite logique de ce processus est d’y ajouter l’interaction forte. Mais, si convergence il y a, elle ne devrait se manifester qu’à des échelles d’énergie encore bien plus élevées (1015 ou 1016 GeV), totalement hors de portée des expériences actuelles. L’étape ultime, l’ajout de la gravité à ce formalisme, est encore plus éloignée et se heurte à des problèmes mathématiques non résolus pour le moment.
La théorie des cordes et la théorie de la gravitation quantique à boucles sont les deux cadres théoriques les plus étudiés aujourd’hui.
Les théories de dimensions supplémentaires, dont la théorie des cordes, ont été initialement proposées pour résoudre le problème de l’extrême faiblesse de la gravité. L’une des réponses serait que seule une petite fraction de la force gravitationnelle n’est perceptible, le reste agissant dans une ou plusieurs autres dimensions. Ces dimensions, imperceptibles, seraient courbées et non plates comme les quatre connues de l’espace et du temps.
Les cordes seraient des petits brins d’énergie en vibration qui seraient reliées dans plusieurs « branes » (des cordes qui se seraient étirées et transformées en grandes surfaces). Les branes seraient comme des barrières entre plusieurs dimensions, jusqu’à 10, mais ces dimensions supplémentaires nous sont invisibles.
Toute la physique fondamentale serait unifiée, c’est-à-dire la mécanique quantique avec la relativité générale.
La gravité quantique à boucles a pour but de quantifier la gravitation. Elle a notamment pour conséquences que le temps et l’espace ne sont plus continus, mais deviennent eux-mêmes quantifiés (il existe des intervalles de temps et d’espace indivisibles). La gravité quantique à boucles cherche à combiner la relativité générale et la mécanique quantique directement, sans rien y ajouter.
Cependant, à ce jour, aucune théorie unique ne peut expliquer de façon cohérente toutes les interactions.