Physique de pointe

Structure nucléaire et forces nucléaires

Un noyau est un système de nucléons lié par l’interaction forte résiduelle; les modèles en couches et de goutte liquide décrivent des aspects complémentaires。

Un noyau est un système de nucléons lié par l’interaction forte résiduelle; les modèles en couches et de goutte liquide décrivent des aspects complémentaires。

Modèle et interprétation

La force nucléaire effective est de courte portée, presque saturante et dépend du spin/isospin; la répulsion coulombienne agit entre protons. On mesure R≈r₀A^{1/3}. La formule semi-empirique sépare volume, surface, Coulomb, asymétrie et appariement. Les écarts de couches et le couplage spin-orbite expliquent les nombres magiques.

Vérification rapide

Le rayon nucléaire suit approximativement $R=r_0A^{1/3}$, reflet de la saturation de la densité des nucléons. L’énergie de liaison par nucléon culmine aux masses intermédiaires, ce qui explique que fusion légère et fission lourde puissent libérer de l’énergie. Le modèle de la goutte décrit les termes de volume, de surface et de Coulomb ; le modèle en couches explique les nombres magiques par les niveaux individuels et le couplage spin-orbite. Une théorie microscopique doit reproduire ces deux indices.

L’interaction nucléaire effective est de courte portée et dépend du spin et de l’isospin, contrairement à la force de Coulomb ; les noyaux exigent donc des modèles à plusieurs nucléons. L’énergie de liaison est le défaut de masse $B=[Zm_p+(A-Z)m_n-M(A,Z)]c^2$. Les tendances de liaison et les énergies de séparation testent la structure en couches, tandis que les coefficients de la goutte estiment l’énergie de fission. Aucun modèle simple ne décrit précisément tous les noyaux.

La mécanique quantique à plusieurs corps décrit les nucléons par des interactions à deux et plusieurs corps, puis compare énergies de liaison et d’excitation calculées aux mesures. Les calculs ab initio utilisent des forces nucléaires contraintes par la QCD ou des données de diffusion pour réduire les paramètres phénoménologiques. Les incertitudes théoriques doivent être indiquées lors d’extrapolations vers des noyaux riches en neutrons non mesurés.