Nucléon

Définition

Un nucléon est une particule constitutive du noyau atomique d'un atome. Les nucléons sont les protons et les neutrons d'un atome. En revanche, il existe des protons et des neutrons libres, qui ne sont pas considérés comme des nucléons. Un nucléon de type proton a 2 quarks Up, quand un neutron a 2 quarks Down.

Les nucléons (proton et neutron) avec leurs quarks :

La masse d'un électron est bien inférieure à la masse des nucléons (protons et neutrons). À partir de plusieurs analyses, il a été suggéré que le noyau serait composé de Quarks. Les quarks ne sont jamais détectés séparément, mais toujours par groupes de trois.

Explications

Les protons et les neutrons se trouvent dans le noyau (nucléus) au centre de l'atome. Parce que ces particules sont si similaires et parce qu'elles sont les particules dont elles sont faites, les protons et les neutrons sont souvent appelés collectivement "nucléons".

Les nucléons sont constitués de trois quarks appelés quarks de valence. Par conséquent, la quantité de mouvement d'un nucléon rapide est portée par les quarks, les antiquarks et les gluons.

Lorsque plusieurs nucléons sont ajoutés à un noyau à enveloppe fermée, ils peuvent obtenir un avantage énergétique en se regroupant les uns près des autres dans des régions préférées, qui deviennent les extrémités allongées d'un noyau en forme de ballon de football.

Description

Deux types de particules peuvent être considérées comme constituants principaux des noyaux atomiques, à savoir les protons (p) et les neutrons (n), appelés conjointement les nucléons. Avec les électrons (e), ils forment les atomes de la matière ordinaire.

Les masses des nucléons, m_p et m_n, sont environ deux mille fois la masse d'un électron (me).

Seul le proton porte une charge totale q_p = +e (où e est l'unité élémentaire de charge). Les deux types de nucléons sont considérés comme étant composés de constituants chargés encore plus petits appelés quarks. Cette structure subnucléonique est presque ignorée dans la suite, mais elle entraîne des distributions de densité de charge ρ_p(r) et ρ_n(r), respectivement, pour les deux types de nucléons.

Dans la matière ordinaire neutre, il y a autant d'électrons autour (chacun avec une charge q_e = -e) que nécessaire pour équilibrer les charges des protons.

Le noyau atomique

Les nucléons, comme les électrons sont des fermions, c'est-à-dire qu'ils ont un spin demi-entier (1/2,3/2,…) et, selon la mécanique quantique, obéissent au principe d'exclusion de Pauli qui permet à une seule particule d'occuper chaque état quantique.

Par conséquent, pour l'état fondamental du système, les orbitales disponibles du champ moyen sont remplies de bas en haut jusqu'à l'énergie de Fermi. Dans des conditions normales, les noyaux atomiques sont dans leur état fondamental, c'est-à-dire à une température nulle. En effet, les noyaux terrestres, mis à part ceux qui arrivent sous forme de rayons cosmiques, sont isolés.

Interaction induite

Un nucléon à l'énergie de Fermi qui se crée, en rebondissant inélastiquement sur la surface nucléaire, n'a d'autre choix que de le réabsorber à un instant ultérieur. En présence d'un autre nucléon, la vibration excitée par un nucléon peut être absorbée par le second, l'échange d'une vibration conduisant à une interaction (induite).

Des interactions fortes entre nucléons dans des noyaux lourds peuvent conduire à la formation de paires de Cooper. Cela conduit à l'écart dans le spectre des excitations dans les noyaux, qui est généralement de l'ordre de Δ ~ 2 MeV, ce qui est beaucoup plus grand que l'espacement des niveaux.

L'apparition du nucléon Bose-condensat conduit à des effets de parité dans les noyaux atomiques. L'énergie et la masse d'un noyau contenant un nombre pair de nucléons sont plus petites que celles d'un noyau impair.

Paramagnétisme

Les électrons et les nucléons ont un moment cinétique (et donc le magnétisme d'une charge en mouvement) comme s'ils avaient un spin ainsi qu'un mouvement orbital. Le paramagnétisme est dû à des spins non appariés. Les spins des nucléons, la base de la spectroscopie RMN, ont un petit moment cinétique par rapport à celui des électrons plus gros, et sont normalement ignorés lors de l'examen du paramagnétisme résultant des électrons.

Les spins électroniques produisent un effet important. Pour faciliter l'examen, le mouvement des électrons est décomposé en deux composantes.

En rapport avec "nucléon"

• électron

  

  L'électron (e-) est une particule élémentaire chargée négativement. Les électrons liés par un atome ou un ion forment sa couche d'électrons.

• neutron

  

  Un neutron est une particule subatomique d'environ la même masse atomique qu'un proton mais sans charge électrique.

• proton

  

  Un proton est une particule subatomique avec une charge électrique élémentaire positive, égale en valeur absolue et en signe opposé à celle de l'électron.

• protonation

  

  La protonation est l'addition d'un proton, une charge positive, à une espèce chimique : atome, molécule ou ion.