En quelques mots supplémentaires, les physiciens à l’heure actuelle sont sûrs de dire qu’il y a quatre choses fondamentales qui se produisent :

1. Les protons et les neutrons se collent ensemble. (L' »interaction nucléaire forte ».)
2. Les neutrons se « désagrègent » parfois en un proton, un électron et un antineutrino. Parfois, cela peut aussi se produire en sens inverse. (L' »interaction nucléaire faible », également appelée « désintégration bêta » ou « radioactivité ».)
3. Les charges positives repoussent d’autres charges positives et attirent les charges négatives. (L' »interaction électromagnétique », également connue sous le nom de « chimie » et de « lumière ».)
4. Les choses tombent. (« L’interaction gravitationnelle ».)

(J’ai dit que c’était dans l’ordre de « diminution de la force quotidienne », mais ce n’est pas très précis étant donné que ces choses s’échelonnent différemment avec la distance, etc. Mais c’est l’ordre approximatif dans lequel vous devriez penser au problème qui vous intéresse.)

Tout le reste auquel vous êtes habitué est causé par ces 4 interactions fondamentales. Par exemple lorsque vous êtes assis sur une chaise, secrètement la force qui vous maintient debout est une force des nuages d’électrons autour des noyaux qui se repoussent, donc c’est principalement les forces « électromagnétiques » en jeu qui s’opposent aux forces « gravitationnelles » qui vous tirent vers le bas.

Il y a aussi une légère subtilité que ces 4 interactions ne couvrent pas complètement, mais tous les physiciens la connaissent : elle dit que « deux particules identiques ne peuvent pas rester dans un état identique. » Cela signifie généralement que ces particules doivent occuper des états de plus en plus élevés en énergie. Il s’avère qu’une grande partie de la structure du tableau périodique provient de cette règle ! Cette règle dit en fin de compte que le nombre de colonnes que vous ajoutez (lorsque vous ajoutez des colonnes au tableau périodique) doit être le double du nombre impair suivant : vous voyez donc que nous commençons par ajouter 2 colonnes, puis 6 colonnes, puis 10 colonnes, puis 14 colonnes ; la physique dit que le nombre suivant de colonnes à ajouter serait 18 et que le modèle est vu lorsque vous divisez par 2, vous ajoutez d’abord une paire, puis trois paires, puis cinq paires, puis sept paires : des nombres impairs croissants. Et c’est juste parce que chaque nouvel électron doit être (a) en orbite plus loin et (b) éventuellement tourner plus vite.

Alors qu’un noyau devient de plus en plus gros, une histoire similaire se produit. Les neutrons et les protons coopèrent grâce à l’interaction nucléaire forte. Il s’avère qu’ils aiment vraiment se coller les uns aux autres ! Mais un deuxième effet se produit alors : si un noyau a trop de protons, ceux-ci doivent se trouver dans des états de haute énergie très spinoïdes dans le noyau, car les états de plus basse énergie sont déjà occupés par d’autres protons ! Mais il existe des états neutroniques de plus basse énergie qui sont inoccupés. À un moment donné, il devient énergétiquement favorable pour un proton de se désintégrer par rétro-bêta en un positron plus un neutron plus un neutrino, de sorte que le neutron puisse tomber dans cet état de plus basse énergie.

C’est donc ce que font les neutrons dans le noyau : ils sont « à peu près aussi collants » que les protons, mais ce sont des particules différentes qui peuvent occuper les autres états.

Maintenant, vous pourriez aussi penser : « oh, ces protons se repoussent aussi, à cause de l’interaction électromagnétique. » Et c’est vrai, mais c’est un effet plus faible que l’un ou l’autre. Cet effet s’équilibre à partir d’un certain numéro atomique, qui est le fer. Tous les petits atomes sont poussés par la force nucléaire forte à vouloir « fusionner » ensemble en de plus gros atomes, essayant d’être du fer. Et tous les atomes plus gros sont davantage poussés par la répulsion électromagnétique à vouloir se « fissionner » en atomes plus petits. (Mais bien sûr, jusqu’à ce que vous arriviez à des numéros atomiques intrinsèquement instables comme l’uranium, vous pouvez toujours avoir de petits états stables d’atomes plus gros que le fer, où si vous tirez un neutron dans le noyau, il pourrait tomber en morceaux, mais pour l’instant, il se trémousse en toute sécurité.)

Voir aussi : Les articles de Wikipédia sur les nucléides stables et les énergies de liaison nucléaire.