Physique de pointe

Structure nucléaire et forces nucléaires

Explorez le modèle de la goutte liquide du noyau : nucléons liés dans un volume proportionnel à $A$ , de rayon $R \simeq r_0 A^{1/3}$ . Observez la variation de l'énergie de liaison avec le nombre de masse et le rôle de la force nucléaire à courte portée.

Avancé

Matériel

Modèle 3D d'un amas de nucléons (protons/neutrons) dans le noyau
Curseurs de paramètre et de paramètre physique réglant taille/liaison
Curseur de bruit simulant les fluctuations aléatoires
Graphe d'énergie de liaison en fonction de A et affichage des grandeurs

Protocole

Examiner l'amas de nucléons
Lancez la simulation et tournez la vue : les nucléons s'empilent en une goutte quasi sphérique de densité presque constante — la propriété de « goutte liquide ». Le diamètre de l'amas croît lentement en $A^{1/3}$ , conforme à $R \simeq r_0A^{1/3}$ avec $r_0 \approx 1{,}2$ fm.
Lire la courbe d'énergie de liaison
Dans la seconde figure, modifiez le paramètre physique pour déplacer le nombre de masse effectif : l'énergie de liaison par nucléon monte vite pour les noyaux légers, culmine près du fer, puis décroît — selon la formule de la goutte $E_B \approx a_VA - a_SA^{2/3} - a_C Z(Z-1)/A^{1/3} - a_A(A-2Z)^2/A + \delta$ .
Ajouter du bruit et raisonner sur la stabilité
Augmentez le bruit : l'amas oscille davantage, mais la force nucléaire à courte portée maintient le noyau — seul un bruit assez fort éjecte un nucléon. Prédisez, via la courbe de liaison, quels noyaux (légers ou lourds) se brisent le plus facilement, puis vérifiez.

Simulation

Histoire de l’expérience

En 1896, Henri Becquerel découvrit la radioactivité des sels d'uranium ; Marie et Pierre Curie isolèrent le polonium et le radium (1898). En 1911, Ernest Rutherford, à partir des expériences de diffusion alpha de Geiger–Marsden, conclut que la charge positive est concentrée dans un noyau de l'ordre du femtomètre — dix mille fois plus petit que l'atome. James Chadwick découvrit le neutron en 1932, établissant le modèle proton–neutron. En 1935, Carl Friedrich von Weizsäcker et Hans Bethe proposèrent la formule semi-empirique de la goutte liquide pour l'énergie de liaison ; la même année, Hideki Yukawa prédit le méson comme vecteur de la force nucléaire à courte portée — confirmé par la découverte du pion en 1947.

Physiciens associés

Marie Curie Niels Bohr Henri Becquerel James Chadwick Hideki Yukawa Hans Albrecht Bethe Pierre Curie

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