INTERACTIONS (physique)Interaction nucléaire forte

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La chromodynamique quantique

Les développements théoriques novateurs des années 1967-1972 permettent d'accéder à la compréhension moderne de l'interaction nucléaire forte. Dans le cadre de la chromodynamique, théorie quantique des champs construite à partir du modèle qu'est l'électrodynamique quantique, l'interaction nucléaire forte est la manifestation de quelques processus élémentaires mettant en jeu les quarks et les gluons. De nouvelles « charges » quantiques, appelées « couleurs », jouent le rôle de la charge électrique. Huit particules différentes sont équivalentes aux photons : ces gluons, capables de changer la couleur d'un quark, portent eux aussi un caractère coloré. L'intensité de l'interaction forte est, au niveau élémentaire, décrite par le couplage entre les quarks et les gluons et par l'autocouplage des gluons. Cette intensité varie significativement avec la distance des objets, et cela de façon assez paradoxale puisqu'elle diminue lorsque la distance décroît. C'est ce qu'on appelle la propriété de liberté asymptotique, comprise en termes théoriques comme une propriété d'anti-écrantage des charges élémentaires par les fluctuations quantiques du vide qui les entoure. À une distance de l'ordre du femtomètre, l'interaction forte entre les quarks est dix fois plus efficace que l'électromagnétisme. La minuscule portée des forces entre les protons et les neutrons s'explique dans ce cadre par la neutralité de couleur des nucléons. S'ils sont très proches, les fuites de flux de couleur à partir des quarks et des gluons mal localisés dans les différents nucléons induisent une force attractive suffisante pour assurer la stabilité du noyau. Si les nucléons sont éloignés, la charge effective de couleur devient trop faible pour donner naissance à une force intense.

Quarks et nucléons : interaction

Dessin : Quarks et nucléons : interaction

Dessin

Mécanisme d'interaction entre deux nucléons dans les modèles de quarks. À gauche, les nucléons étant très proches, les quarks peuvent contribuer à l'énergie d'interaction. À droite, les nucléons sont plus éloignés, ils ne peuvent interagir que par un échange de mésons. 

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La chromodynamique quantique obéit à une loi de symétrie fondamentale. Sa dynamique est invariante dans une redéfinition des « couleurs » des quarks et des gluons. Cette propriété se traduit mathématiquement par l'invariance des équations fondame [...]

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Yukawa Hideki

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Murray Gell-Mann

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Diagramme de Feynman de l'interaction nucléaire forte

Diagramme de Feynman de l'interaction nucléaire forte
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S.L.A.C.

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  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « INTERACTIONS (physique) - Interaction nucléaire forte », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 19 juillet 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-interaction-nucleaire-forte/