Bernard Schaeffer

La "force forte" nucléaire n'existe pas

Les physiciens nucléaires prétendent que l'énergie nucléaire est due à l'équilibre entre la "force de Coulomb", répulsive entre protons et une mystérieuse "force forte", attractive, supposée l'équilibrer. Malheureusement,  les lois fondamentales de la "force forte" restent inconnues...

La découverte de Rutherford il y a un siècle:

Le noyau atomique a été découvert par un Anglais, Rutherford. Il a utilisé les expériences de Geiger et Marsden envoyant des particules alpha à travers de feuilles d'or.  Les particules alpha traversaient les feuilles d'or mais pouvaient même, étonnament, être réfléchies. Cela ne pouvait s'expliquer que par l'existence d'un noyau atomique beaucoup plus petit que l'atome. Il a appliqué la loi électrique de Coulomb donnant une pente -2 aux faibles vitesses des particules. Aux grandes vitesses, la formule ne fonctionnait plus, d'où le terme de "diffusion anormale". Biéler avait essayé une attraction magnétique alors qu'il suffisait de remplacer, dans la formule de Rutherford, répulsive, le -2, électrique, par -6, magnétique, comme le prouve le graphique ci-dessous, en accord avec des expériences datant de 1954:

Log_copieOn remarque les deux droites de pentes -2 et -6 en coordonnées logarithmiques, correspondant aux potentiels en 1/r, électrique, de Coulomb, et 1/r³, magnétique, de Poisson. Les exposants deviennent -2 et -6 car il s'agit de surfaces.

L'énergie nucléaire:

Un des autres problèmes de la physique nucléaire, sans doute le plus important, est celui de l'énergie nucléaire dont les lois fondamentales, inconnues jusqu'à présent, sont prétendument dues à une hypothétique "force forte", attractive.

Les installations nucléaires ne peuvent donc être construites que sur des bases empiriques, les lois fondamentales étant inconnues des physiciens nucléaires officiels.

J'ai découvert que, comme la diffusion nucléaire, l'énergie nucléaire est électromagnétique. C'est simple: le noyau atomique, de rayon r, est 100.000 fois plus petit que l'atome. En appliquant la lois électrique de Coulomb en 1/r, on trouve que l'énergie correspondante est 100.000 fois plus grande que l'énergie chimique (un million selon Pierre Curie). Inutile de chercher midi à quatorze heures…

2H_4HeCe graphique montre comment la simple application des lois de Coulomb et de Poisson donne les énergies de liaison de l'hydrogène lourd, appelé aussi deuton ou ²H, et de la particule alpha, appelée aussi hélium 4 ou ⁴He. On remarque les points d'inflexion horizontaux correspondant, comme par hasard, aux énergies de liaison nucléaire.

 On sait que les électrons tournent autour du noyau, lui-même constitué de protons et de neutrons supposés collés par la mystérieuse force forte. Après un siècle de physique nucléaire, personne ne connaît la formule fondamentale de l'énergie nucléaire comme celles de l'électromagnétisme, connues depuis 2 siècles.

Un seul académicien a répondu à ma question:

"La réponse à votre question n’est pas simple. Nous pensons avoir compris la nature de cette interaction au niveau le plus élémentaire.
A ce niveau la il s’agit de la force qui lie les quarks à l’intérieure d’un proton ou un neutron. Cette force est attractive,
assez simple, et  ressemble à la force qui lie les electrons  au noyau dans l’atome (elle aussi attractive).

Par contre la force proprement dite Nucléaire qui, elle, lie les protons et le neutrons dans un noyau, est plus compliquée, un peu comme la force qui lie les atomes entre eux pour former des molécules.
J’espère que cette comparaison puisse vous aider."

Il reconnaît donc qu'il ne sait pas; on remarquera qu'il n'aime pas la simplicité. Il suffit pourtant d'appliquer les lois fondamentales de Coulomb, électrique, et de Poisson, magnétique, pour résoudre le problème, comme je le montre sur la figure.

Les physiciens nucléaires ne connaissent que ce qu'ils appellent "force de Coulomb", répulsive, supposée équilibrée par la "force forte", attractive, sans loi fondamentale connue donc non fondamentale. Ils ignorent qu'un proton attire un neutron, pas si neutre, de la même façon que l'ambre frottée attire les matériaux légers. Ils ignorent aussi le magnétisme. Ces deux phénomènes ont pourtant été découverts qualitativement il y a deux millénaires par le premier physicien, Thalès de Milet. Avec les formules de Coulomb et Poisson on est capable de calculer les interactions nucléaires quantitativement: je suis le seul à l'avoir essayé: les physiciens nucléaires ne coonaissent, de l'interaction électromagnétique, que la répulsion électrique entre protons.

 


La "force forte" n'existe pas: ses lois fondamentales sont inconnues

Les lois fondamentales de la nature seraient 4, comme les 3 mousquetaires: la gravitation, l'électromagnétisme plus deux petites nouvelles, non prouvées, la force forte et la force faible. La gravitation et l'électricité ont toutes les deux une force en 1/r2 et un potentiel en 1/r (il se pourrait bien que la gravitation soit aussi électromagnétique, mais ce n'est pas prouvé). Les deux autres sont, au mieux, empiriques, c'est à dire avec des formules variables selon les auteurs, donc non fondamentales. Lorsqu'on pose la question des lois fondamentales de l'interaction nucléaire, on n'obtient que des réponses évasives. Il existe bien quelques équations comme celle de Yukawa, mais sans constantes fondamentales.

Si vous cherchez sur Internet les  "Lois Fondamentales de la Physique Nucléaire" vous ne trouvez que moi qui s'y intéresse. Si vous faites  "Lois Fondamentales" "Physique Nucléaire" vous trouvez "Lois Fondamentales de l'Univers". Toujours sur Google, en anglais: "Fundamental laws of nuclear physics" où la moitié est de moi.

Energie nucléaire et énergie chimique

La grande différence entre les potentiels chimique et nucléaire est la taille de l'atome et de son noyau:
le rayon de l'atome d'hydrogène est de 0,5.10¯­­­¹⁰ m et celui de son noyau de 1,2.10⁻¹⁵ m, soit un rapport de 240.000. Concrètement, si on applique la loi de Coulomb en 1/r, on a aussi un rapport de 240.000, mais inversé. L'énergie de liaison nucléaire du deuton, appelé aussi hydrogène lourd, a un noyau constitué d'un proton et d'un neutron. L'énergie, chimique, de l'atome d'hydrogène, lourd ou pas, est de 13,6 eV, soit un rapport de 160.000 du même ordre de grandeur que le rapport énergie nucléaire/énergie chimique de 240.000, obtenu plus haut.

Internet est muet si on fait "Lois Fondamentales de la Physique Nucléaire"… remplacées par "Lois Fondamentales de la nature", qui seraient 4. On a bien quelques résultats empiriques, le premier étant le potentiel de Yukawa mais aucune équation fondamentale, c'est-à-dire avec des constantes universelles. La "théorie de tout" n'a aucune équation comme d'ailleurs le modèle soi-disant standard. Il n'en est pas de même pour l'électromagnétisme, méprisé par les physiciens nucléaire, alors que c'est la loi électrique de Rutherford qui est à l'origine de la physique nucléaire et a trouvé la formule de la diffusion électrique. Certains ont pensé au magnétisme, sans succès car une erreur de signe a été commise. En changeant tout simplement ce signe, on obtient, comme par hasard, le résultat attendu, comme on le montre le graphique ci-dessous.
   
La vraie théorie nucléaire est électromagnétique

La force magnétique est en 1/r4 et son potentiel en 1/r3. Dans la suite on ne parlera que du potentiel au lieu de force même si l'expression "force forte" (ou "interaction forte" pour faire plus sérieux) est utilisée, selon la tradition. Dans le noyau atomique il y a des protons de charge égale à celle de l'électron au signe près (les quarks restent imaginaires).
Les protons se repoussent (signe +) aussi bien dans le noyau qu'à l'extérieur selon la loi de Coulomb. Le potentiel électrique est celui utilisé par Rutherford:

Revenons à la "force forte" censée "expliquer" l'énergie nucléaire. Après quelque recherches dans la littérature, j'ai trouvé son origine, apparemment inconnue des physiciens nucléaires "modernes". Son origine, séculaire, imaginée par Chadwick, le découvreur du neutron, d'ailleurs pas si neutre puisqu'il contient des charges électriques de somme nulle. Il a proposé la formule, considérée par les physiciens nucléaires comme dépassée par on ne sait quoi sinon par le concept vide de la "force forte".

Ce n'est pas précisé, mais B semble positif ici. On remarque la présence de la loi de Coulomb du potentiel en 1/r accompagnée du potentiel de la force forte  en 1/rn dont l'exposant serait compris entre n=2 comme l'électricité et n=4, en passant par la force magnétique où n=3 puisque le potentiel magnétique est en 1/r³. Pour obtenir la force forte, il faut encore déterminer n, que Bieler a supposée très justement magnétique, donc avec n=3. Malheureusement, il n'a pas réussi car il a gardé le signe - de Chadwick. Il suffit de remplacer le - par un + pour résoudre le problème.

Reprenons la formule bien connue de Rutherford:

Sans rentrer dans les détails, on remarque que, pour un angle θ constant et un noyau déterminé, impacté par les particules α, cette formule se simplifie en:

 

 

où il ne reste que la masse de la particule α et sa vitesse v₀, c'est-à-dire l'énergie cinétique de la particule α qui va impacter le noyau considéré. Logarithmiquement, cette formule devient:


On obtient alors, en coordonnées logarithmiques, une droite de pente -2, comme le montre la figure ci-dessous.

Lorsque l'énergie cinétique dépasse l'énergie de liaison de la particule α, la pente augmente anormalement et devient -6, magnétique, au lieu de -2, électrique. La courbe comporte donc deux parties, la première correspond à la découverte de Rutherford et la seconde, soit-disant anormale, est, en réalité, magnétique, de pente -6. Comme pour la partie électrique, l'exposant est multiplié par 2, les particules α étant détectées sur une surface. Pour obtenir ce résultat, il suffit tout simplement de remplacer le 2, électrique (loi de Coulomb en 1/r), de Rutherford, par le 6, magnétique (loi de Poisson en 1/r³). La "force forte", hypothétique, devient alors magnétique, loi fondamentale:

 

 

 Le graphique ci-dessous montre les deux droites électrique (pente -2) et magnétique (pente -6) en coordonnées logarithmiques.

LogLa physique autoproclamée "moderne" est, en réalité, à côté de la plaque.

Plus de détails dans mon article, refusé par la Royal Society: RSPA_Author_tex "In this article the author promotes his view of nuclear forces (une vue d'artiste?), which is that the Strong Force does not exist. The author's arguments lack credibility being simply classical (le classique est déplacé par le virtuel) arguments and fits, there is no fraction of the substance that would be required to seriously challenge one of the pillars of modern physics (les piliers s'effondrent parfois), i.e. the Standard Model (il n'a aucune loi fondamentale)." Le modèle standard n'est qu'un classement de particules dans un tableau. Au contraire de l'électromagnétisme, il est incapable de fournir l'énergie de liaison du noyau lié le plus simple, le deuton ²H, comme on le voit sur la figure ci-dessous. Il n'y a qu'un "fit" dans mon calcul: la position de la singularité de Rutherford. Mon calcul est fondamental, sans ajustement (fits), sauf pour la position de la singularité de Rutherford. Les pentes -2 (de Rutherford) et -6 sont fondamentales. La théorie de Rutherford applique simplement la loi fondamentale de Coulomb,  remplacée par celle de Poisson, toute aussi fondamentale, aux hautes énergies.
La diffusion de Rutherford, "normale" est électrique, la diffusion soit disant "anormale" est magnétique. La diffusion de Rutherford est électrique à faible énergie et magnétique à haute énergie. La diffusion de Rutherford est entièrement et uniquement électromagnétique, comme d'ailleurs, l'énergie nucléaire (cf ci-dessous).

2H_4HeOn reconnaît le potentiel électromagnétique démontré dans ma présentation à Dubna, au centre nucléaire russe (http://isinn.jinr.ru/past-isinns/isinn-22/progr-27_05_2014/Schaeffer.pdf),  où un jeune chercheur m'a suggéré d'étudier la diffusion.

Le graphique ci-dessus montre les points d'inflexion horizontaux de ²H et ⁴He coïncidant avec leurs énergies de liaison expérimentales.

Anomalous scattering

em Nuclear Physics 22-4-16 b

 

The Bohr model is not applicable to the nucleus because, unlike the atom, the nucleus has no nucleus. Let us consider the simplest bound nucleus, the deuteron. Although the neutron contains electric charges of no net charge, the neutron-proton attraction remains ignored in mainstream nuclear physics. This attractive force between the proton and the neutron is equilibrated by the magnetic repulsion between the proton and the neutron where the magnetic moments are opposite and collinear. It has been proved by the succesful calculation of the binding energies of 2H and 4He never obtained before from fundamental laws only. In contrast with all other nuclear calculations there is no fit in these calculations.

 I have now found that the so-called "anomalous scattering" is not anomalous, but magnetic:

Log

 It is very simple when using log-log presentation: the classical electric Rutherford scattering becomes represented by a straight line of slope -2 for the first time. The not so "anomalous" scattering is magnetic and, approximately also a straight line with a slope of -6, thus 3 times that of the electric scattering. The explanation is very simple: the Coulomb electric potential is in 1/r and the Poisson magnetic potential is in 1/r³.

 

After one century of nuclear physics, the fundamental laws of nuclear physics are ignored because the nuclear physicists ignore Coulombs laws except one, the repulsion between protons. Electric forces being unable to equilibrate the hypothetical centrifugal force, they imagined the "strong force" able to equilibrate the hypothetical centrifugal force mimicking the Bohr atom. Unfortunately, it does not work because the nucleons cannot orbit around nothing.

 The make-believe conventional nuclear theories are in a dead-lock as geocentrism thanks to Copernicus, Galileo and Kepler, the phlogiston and the caloric thanks to Lavoisier, the aether thanks to Einstein, the plum-pudding model thanks to Rutherford…

I have found that electric and magnetic Coulomb laws work fine provided that the nucleons don't move as shown in the simple cluster model (figure just below showing schematically hydrogen isotopes).

59372858_p

The proton attracts a neutron as amber attracts neutral powder. The static equilibrium is obtained by the repulsive magnetic interaction between nucleons. I have obtained good numerical results for the deuteron ²H and the α particle ⁴He.

The strong force is pure imagination. Indeed a strong force is needed only because the shell model of the atom was used for its nucleus. The problem is that the nucleus has no nucleus which can act as a force center. The so-called "strong force" will disappear as the geocentrism, thanks to Copernic and Galileo, the phlogiston, thanks to Lavoisier, and the aether, thanks to Einstein. Same destiny for the new phisosophical stone, the Higgs boson. 

 

 My presentation at Dubna, from Russia with Love:
http://isinn.jinr.ru/past-isinns/isinn-22/progr-27_05_2014/Schaeffer.pdf

The strong force

 Bieler, a Rutherford student, imagined in 1924 a magnetic attraction equilibrating an electrostatic repulsion between the protons. This hypothesis did'nt work and electromagnetism was replaced by the hypothetical strong force being the same for protons, positively charged, and neutrons, still often assumed to be uncharged.  This is incorrect. A neutron contains an equal amount of positive and negative charge inside.Protons and neutrons possess different magnetic moments. The strong force is assumed to be independent of the electric properties of the nucleons. The only electromagnetic interaction recognized presently is the Coulomb repulsion between protons.

 

Evans,  page 356 of his book "The Atomic nucleus", shows the experimental evidences that should be represented by a nuclear model.

 The so-called "strong force"  (also referred to as the strong nuclear interaction, nuclear force) is the hypothetical force binding together the protons and the neutrons in an atomic nucleus. The word strong comes from the fact that the nuclear energy is around one million times greater than the chemical energy, for the same volume, dramatically demonstrated at Hiroshima. It is also known that the binding energy is around 1% of the mass energy mc². There are two well known fundamental forces in nature, the universal gravitation (formulated by Newton) and the electromagnetic force (formulated by Maxwell). It is fashionable to add two more hypothetical forces : the strong and weak nuclear forces. Very little is known about these hypothetical forces. 

According to the Bohr scheme, the electrons gravitate around the nucleus. The Bohr model, renamed shell model in nuclear physics, assumes that the nucleons gravitate (not visible on the graph) as the electrons around the nucleus. Unfortunately, the nucleus has no nucleus around which the nucleons may orbite. The picture above does not show this imaginary orbiting of the nucleons…

Binding energy   

 The binding energy per nucleon is given by the formula

BE/A = (Z mp + N mn  - M)/A
where Z is the atonic number, N the neutron number and A = Z + N is the atomic number. M, mp, and mn are the masses of one atom, one proton and one neutron. At a time when the neutron was not discovered, Aston used the packing fraction given by the formula:
f = (M - A)/A where M is the mass of the atom measured experimentally and A the atomic number.

Nuclear models

The Shell Model or Independent-particle Model or Hartree Model

The official mainstream physics model of the atomic nucleus is the shell model which the atomic model of Bohr and continuators adapted to the atomic nucleus. The electrons are replaced by the nucleons, instead of the electrons. There are two kinds of nucleons, protons, electrically charged, and neutrons, uncharged. Contrarily to the atom, the nucleus has no nucleus. This deficiency is circumvented by the bold assumption that each nucleon experiences a central attractive force which can be ascribed to the average effect of all the other nucleons in the nucleus. On this assumption, each nucleon behaves as though it were movins independently in a central field, which is described as short-range potential well. Secondly, this potential is assumed to be the same for all values of l, the angular momentum quantum number of the nucleons. In the assumed central potential, each nucleon is imagined to be capable of describing an orbit of well-defined energy and angular momentum, in a manner analogous to the behavior of atomic electrons. This assumption seems to be in conflict with the strong interaction between nucleons, as seen experimentally, and in nuclear reactions generally. This weak interaction paradox was solved by using the Pauli exclusion principle. The expected strong interaction may be present but unable to manifest itself because all the quantum states into which the nucleon might be scattered are already occupied…

The main characteristic of the shell model is the so-called "magic numbers" (Z and/or N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) corresponding to the atomic levels.

The Liquid drop Model or Semi-empirical Mass Formula

The liquid drop model is the antithesis of the independent-particle model. The interactions are assumed to be strong instead of weak. The initial assumptions are (Evans p. 365) : 

1. The nucleus is like a droplet of incompressible matter, and all nuclei have the same density. 

2. Forces between nucleons are considered to be spin-independent as well as charge-independent if the coulomb force is turned off.

3. These nuclear forces have a short-range character and are effective only between nearest neighbors. Each nucleon interacts with all its nearest neighbors. 

4. The volume or exchange energy is proportional to to the number of nucleons A for A ≥ 16, giving a radius R0 A1/3, where R0 is a constant.

5. The surface energy is like the surface tension of a liquid due to the fact that nucleons at the surface have fewer near neighbors than nucleons that are deep within the nuclear volume. We can expect a deficit of binding energy for these surface nucleons. A simple calculation shows that the surface energy is proportional to A2/3.

6. The Coulomb repulsion energy between protons is the only known long-range force in nuclei. The total nuclear charge Ze is assumed to be spread approximately uniformly throughout the nuclear volume. Again assuming a constant-density nuclear radius R0 A 1/3 and applying the Coulomb law for the potential, the Coulomb energy is proportional to Z2/A1/3.

7. The asymmetry energy, the deficit in energy dependent on the neutron excess or deficit, is (N - Z)2/A = (A - 2Z)2/A.

 8. The pairing energy δ is a correction to take into account the pairing of N and Z.

The complete Bethe-Weizsäcker formula is

BW

a

 

 

 

Parit_

The following graph shows the Bethe-Weizsäcker curve (in blue), compared with the experimental data (in red) for the N = Z nuclei. The BW formula is unable to represent the binding energies of even Z and even N. There is also no distinction for same A nuclei with even N - odd Z and even Z - odd N (mirror nuclei). 

 BW

Atomic number in abscissas and binding energy per nucleon in ordinates

Four-shell structure or α particle model

This type of models have been initiated by Gamow who observed that the nuclei with atomic masses multiple of 4 have larger binding energies. Indeed, it can be observed peaks of the binding energies for even A, Z and N. It is maximum for both N and Z even. The addition of an α-particle adds a tetrahedron to the structure already existing and so three bonds are alloted per addition.

  • E(N)

 For example, the maximum of ³Li is smaller than for both ²He and ⁴Be. For given Z, peaks appear for even N. They are greater if Z is also even. The amplitude diminishes when Z increases. The peaks are small but detectable even for the heavy nuclides as the uranium isotopes:

Sans titre

Electromagnetic theory of the nuclear interaction

It is believed since almost a century that the atomic nucleus behaves like an atom, except that the electron is replaced by a neutron and that the nucleons orbite. Because of the centrifugal force, a hypothetical strong force, more than ten times  the electromagnetic interaction is necessary. This is incorrect because the nucleus has no nucleus or, in other words, the angular momentum, being undermined, has no fixed point : the nucleus has no nucleus. Therefore such a nucleus cannot be stable. This is a very great mistake. Without a hypothetical orbiting of the nucleons, the electromagnetic interaction works fine, as shown by my calculations ("Electromagnetic Theory of the Binding Energy of the Hydrogen Isotopes",  J Fusion Energy (2011) 30 :377-381 here). For the simple case of the deuteron, I have obtained the following formula:

59373530

where the μ's are the magnetic moments of the nucleons and the magnetic permeability. rnp is the neutron-proton distance.

Deuteron_structure

If you have studied electromagnetism you will recognize the Coulomb attractive force and the magnetic repulsive force. Graphically, it gives the electromagnetic nuclear potential similar to other phenomenological potentials but truly ab initio because it contains only universal constants:

Potential En

The formula in the graph is the same as the previous one but with different universal constants. One may recognize the famous mc² formula for the mass energy. It is multiplied by the fine structure constant α = 1/137. RP is the proton Compton radius. gp and gn  are the proton and neutron Landé factors.

The binding energies of all the hydrogen isotopes have been calculated assuming the following structures:

59372858_p

This method has been simplified by assuming that the neutrons in excess have no influence on the total binding energy for N > 2. Therefore, the binding energy per nucleon  is the maximum binding energy divided by the atomic mass number. This approximation is not valid for Z>2 :

Isotopes

 The binding energy curve for selected heavier nuclides is similar:

Parabolas

Nuclear to chemical energy ratio

 The electromagnetic theory of the nuclear energy shows that it is αmc² or 1/137 of the mass energy, known to be of the order of 1%.

It is well known that the chemical energy is given by the Rydberg constant from the Bohr theory of the atom, ½α²mec² where me is the masses of the  electron and α the fine structure constant.

The electromagnetic theory gives also the nuclear to chemical energy ratio, for the same weight, as 

α-1mp/me = 137 x 1836 = 250,000

where mp and me is the mass of the proton. This formula, a consequence of the electromagnetic theory, explains for the first time why the nuclear energy is up to one million times more concentrated than the chemical energy, for the same volume.

 My presentation about the Strong_Force, explaining the whole thing, may be downloaded.

 

Simplified derivation of the nuclear to chemical energy ratio 

 Nuclear energy is typically hundreds of thousands or millions of times greater than chemical energy or approximately 1% of the mass energy from the Einstein mass formula. The mass of a proton is :

 E_P=m_pc^2= 938 MeV\,\!

The chemical energy of the hydrogen atom is the separation energy of an electron from a proton. It is given by the Rydberg constant from the Bohr theory of the hydrogen atom :

 E_C=R_y=\frac{1}{2}\alpha^2 m_ec^2 = 13.6 eV.

 The relative change of mass is the hydrogen chemical energy divided by its mass, here the proton mass :

 \frac{E_C}{E_P}=\frac{1}{2}\frac{\alpha^2 m_e}{m_p} \approx 10^{-8}

 It is so small as to be unmeasurable directly by weighing, but can be calculated, using the Einstein formula, from the measured chemical energy. Nuclear energy is usually "explained" by a hypothetical "strong force". However, it has been shown  that the binding energies of  2H_and 4He may be obtained by a formula similar to the Bohr formula :

 E_N=\frac{1}{2}\alpha m_pc^2 =3.5 MeV

 This value is not far from the deuteron binding energy, 2.2MeV, which is also the neutron-proton separation energy. The relative change in mass is :

 \frac{E_N}{m_p}=\frac{1}{2}\alpha =\frac{1}{2\times137} = 4.10^{-3} \approx 1\ %

 Knowing the formulas characterizing the nuclear and chemical energies, one obtains their ratio :

 \frac{E_N}{E_C}= \frac{m_p}{\alpha m_e} = 137 \times 1836 = 250,000 \approx hundreds of thousands

 The two preceding calculated values are comparable with the one million and one per cent ratios evaluated from experimental binding energies.

 The symbols used are

 Mass energy of the proton EP

 Nuclear energy EN

 Chemical energy EC

 Proton mass mp = 938MeV

 Electron mass : me = 0.5MeV

 Fine structure constant : \alpha= \frac{1}{137}

 

L'énergie nucléaire est électromagnétique.

Ma théorie est maintenant publiée dans une revue américaine, Electromagnetic Theory of the Binding Energy of the Hydrogen Isotopes, Journal of Fusion Energy (2011) 30 :377-381. Ma présentation de Glasgow est plus conviviale. Ci-dessous mon affiche (poster) du congrès de Bucarest :

Interesting!

En  cliquant sur l'affiche pour l'agrandir puis en la téléchargeant vous verrez mieux les détails. 

Affiche Bucarest

Il est regrettable que cette découverte n'ait pas été publiée en français à cause du refus de l'Académie des Sciences qui se retranche derrière les errements en vigueur.

Coulomb contre force forte

Rutherford a découvert le noyau atomique en 1911 en bombardant une feuille d'or par des particules alpha. Ses collaborateurs Geiger et Marsden obtiennent un résultat surprenant: la plupart des particules α traversent les feuilles, légèrement déviées mais quelques-unes sont déviées de plus de 90°, revenant donc en arrière. Cette observation est en contradiction avec la théorie de l'atome plum-pudding de J.J. Thomson. Rutherford conclut que, si la particule alpha passe près du centre d'un atome, sa trajectoire, sous l'effet d'une force répulsive variant en raison inverse du carré de la distance (loi de Coulomb), sera une hyperbole, comme les comètes. Il en déduit que la charge électrique du noyau est distribuée dans un tout petit volume; les grandes déflexions sont dues à la totalité de la charge centrale qu'il appellera noyau. Deux ans après, Bohr utilisait cette découverte, combinée avec la condition de quantification basée sur la constante de Planck pour obtenir l'énergie de liaison de l'atome d'hydrogène. Un siècle après aucune théorie équivalente n'existe pour le noyau atomique.

La loi de Coulomb apparaît donc pour la première fois dans le noyau mais sous forme répulsive et ne peut donc expliquer l'interaction nucléaire. Bieler, un élève de Rutherford, avait imaginé une attraction magnétique pour expliquer la répulsion des particules α plus faible que prévu par la loi de Coulomb mais cela ne marchait pas. C'est pourquoi on a imaginé une nouvelle force attractive dite force forte censée être plus intense que la force coulombienne répulsive. Plus tard on a découvert que le noyau était constitué de protons chargés positivement et de neutrons, d'ailleurs pas si neutres. Heisenberg aurait proposé un modèle de structure du noyau privilégiant l'interaction neutron-proton qui est la seule interaction possible dans le deutérium, composé d'un neutron et d'un proton. Il a considéré le neutron comme un proton accompagné d'un électron. Ce modèle a été abandonné et remplacé par les principes ad hoc d'indépendance de charge, faisant abstraction de la répulsion coulombienne, et de dépendance de spin, analogue à l'interaction entre deux aimants. La nature exacte de la force forte est toujours inconnue malgré près d'un siècle de recherches avec des moyens de plus en plus énormes dont le dernier est le LHC. Les calculs de noyaux atomiques, dits de "haute précision" ou "ab initio", singent l'électromagnétisme et la mécanique quantique mais sont en réalité bidon car ils sont ajustés pour obtenir le bon résultat, sans faire appel à une quelconque constante universelle caractérisant l'interaction nucléaire.

La force forte

Le prix Nobel de physique a été attribué en 2004 à trois américains qui auraient "expliqué" la force forte, impossible puisqu'on ne connaît pas ses lois fondamentales. Cc n'est pas la mystérieuse force forte qu'il faut expliquer mais l'énergie nucléaire, un million de fois l'énergie chimique, comme l'ait remarqué Pierre Curie il y a plus d'un siècle. Il faut noter que Rutherford n'a pas eu le prix Nobel pour sa découverte du noyau atomique mais pour avoir découvert que la particule α était de l'hélium. Einstein ne l'a pas eu non plus pour la théorie de la relativité (il l'avait eu pour son explication de l'effet photoélectrique). Maintenant, les prix Nobel expliquent des phénomènes imaginaires. Les "quarks"," charmés", étrange, avec ou sans "couleur", "collés" par les "gluons", ne sont qu'un latin de cuisine moderne. Ces mots ne conduisent à aucune formule donnant l'énergie de liaison nucléaire du noyau le plus simple, celui de l'hydrogène lourd 2H. On a bêtement appliqué au noyau la théorie de l'atome de Bohr alors que le noyau n'a pas de noyau. Bohr a aussi calculé pour la première fois la molécule d'hydrogène H2. Ces deux calculs sont la base de la chimie quantique, c'est-à-dire du calcul de l'énergie de liaison chimique. 

La force forte ou interaction nucléaire ou encore force de couleur (sic) assure la cohésion du noyau de l'atome grâce à une colle imaginaire, la glu des gluons. Certains parlent de "colour magnetic interaction" (l'expression ne semble pas encore exister en français). Ce ne serait pas le magnétisme habituel car, comme son nom l'indique, la force forte est trop forte pour être électromagnétique. Aucune constante universelle n'a encore pu lui être attribuée. Elle est supposée être 10, 15, 137, mille ou même un million de fois supérieure à celle de l'interaction électromagnétique (cela varie selon les auteurs, ce qui prouve qu'on n'en sait rien). L'interaction nucléaire serait définie par sa "constante" de couplage fort qui, bizarrement, varie en fonction de l'énergie. Bien qu'on la connaisse mal, elle sert de référence aux autres forces de la nature car on lui attribue le plus souvent une constante de couplage de 1, soit 137 fois celle de l'interaction électromagnétique pour une raison que je n'ai pas encore trouvé. On considère généralement que l'interaction nucléaire a une portée faible, de l'ordre de 1 fm (femtomètre, fermi ou F). En fait, la notion de portée est vague et ne semble définie nulle part comme l'est la demi-vie en radioactivité. L'interaction nucléaire serait fortement attractive et indépendante de la charge électrique des nucléons (principe d'indépendance de charge). On aurait donc la même attraction aussi bien entre neutrons, entre protons ou entre neutrons et protons. Malheureusement cela ne tient pas car il n'existe pas de noyaux constitués uniquement de neutrons ou de protons. On essaie de s'en tirer avec des explications tarabiscotées (cf Evans p. 343). Un nucléon n'interagirait qu'avec ses voisins immédiats (saturation), ce qui n'a rien d'extraordinaire. C'est bien connu en cristallographie, par exemple pour NaCl avec la constante de Madelung, de 1,7, montre que l'influence des noyaux éloignés est plus faible que celle des atomes proches. Les briques d'un immeuble n'interagissent qu'avec leurs voisines. L'interaction forte ne dépendrait pas de l'état de spin relatif des nucléons (formalisme quantique) mais sa nature physique est toujours inconnue. Les recherches actuelles consistent essentiellement à améliorer la forme de la courbe du potentiel en ajustant des dizaines de paramètres numériques. Certains calculs se prétendent abusivement "ab initio" mais c'est impossible car il n'existe pas de constante universelle de la loi de l'interaction nucléaire. Les nucléons seraient composés de quarks de charges fractionnaires, jamais observées. La véritable interaction forte serait l'interaction quark-quark, ce qui revient à déplacer le problème au niveau des quarks. Certains envisagent même des "super" forces forte et faible… Ceux qui n'y croient pas sont taxés de "naifs".

Le potentiel nucléaire

L'énergie de liaison d'un noyau est calculée à partir de son énergie potentielle. En effet, l'équilibre des nucléons correspond à l'équilibre des forces entre les nucléons. Connaissant le potentiel, on peut donc obtenir l'énergie de liaison en calculant la dérivée du potentiel qui doit être nulle pour chaque variable, généralement la distance entre nucléons. Un exemple de potentiel nucléaire est celui dit "de Paris", de type "effectif":

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La profondeur de 70 MeV du "puits de potentiel" ci-dessus, est hors de proportion avec l'énergie de liaison du deuton de 2,2 MeV. La distance neutron-proton correspondant au minimum du potentiel est de l’ordre de 0,6 fm. On remarque le potentiel répulsif de Coulomb entre protons, bien plus faible, d'ailleurs inexistant dans le deuton, constitué d'un neutron et d'un proton. Le potentiel de Coulomb attractif par influence électrostatique des protons sur les neutrons et le potentiel magnétique, généralement répulsif, entre nucléons sont remplacés par une notion empirique dite "force forte".  

Le graphique du potentiel nucléaire qu'on trouve dans les ouvrages de physique nucléaire est généralement sans échelle; quand il l'est, le minimum se trouve à une énergie allant jusqu'à - 100 MeV. C'est pour compenser la force centrifuge ou, plus généralement l’énergie cinétique des nucléons, supposés en rotation, qu'on a imaginé une mystérieuse "force forte", combinée à une pincée de force coulombienne répulsive entre les protons. La force forte est basée essentiellement sur la nature supposée électriquement neutre du neutron, sur le principe d’indépendance de charge, c’est-à-dire que la force forte est la même pour les neutrons et les protons. Il y a aussi le principe de dépendance de spin et la saturation qui dit que l'interaction nucléaire ne s'exerce qu'entre nucléons voisins. Une force jusqu'à cent fois plus forte que l'interaction électromagnétique est nécessaire dans l'hypothèse d'un mouvement orbital des nucléons. 

Modèle de Yukawa

Le modèle de Yukawa est basé sur une solution de l'équation des ondes de de Broglie quasi-stationnaire, c'est-à-dire l'équation de Klein-Gordon où apparaît le rayon de Compton RN d'un nucléon, proche du rayon mesuré d'un nucléon (coincidence?). En résolvant l'équation on obtient le potentiel U(r) = ± g2exp(-r/RN)/r. Yukawa utilise λ = 1/RN, donnant la loi de Coulomb en 1/r aux r très inférieurs au rayon d'un nucléon de 1 fm mais avec un potentiel infini pour r=0. La constante d'intégration g2 où g est appelé constante de couplage fort variant de 0,12 à 10, parfois plus, selon les auteurs, joue le rôle de la charge électrique et vaut, d'après Yukawa, "plusieurs fois la valeur de la charge élémentaire e" (je prétends qu'en réalité elle lui est égale mais ce n'est pas très clair, il y a un problème d'unités).  La signification de la constante g varie donc selon les auteurs et les systèmes d'unités, avec ou sans hc, au carré ou non, de même d’ailleurs que la constante de structure fine α = e²/(2ε0hc) = 1/137 qu'on retrouve dans le potentiel de Yukawa pour r faible où il coïncide avec celui de Coulomb si on a g=e. Le potentiel de Yukawa serait donc coulombien près du noyau et exponentiel à grande distance. Pour expliquer pourquoi les nucléons n'implosent pas on les a flanqués d'un hypothétique "coeur dur". Celui-ci s'introduit tout naturellement dans l'hypothèse électromagnétique: c'est la répulsion magnétique.

Yukawa a prévu l'existence du méson, de masse estimée à 0,0152 uma soit "trente fois la masse de l'électron", particule qui n'était pas un méson mais un muon appelé plus tard méson π ou pion (attention aux confusions!). Contrairement à l'électron, la valeur absolue de la force correspondante n'est pas encore connue et doit être ajustée pour être en accord avec les résultats expérimentaux. L'article original (traduit) de Yukawa ainsi que son analyse se trouvent dans le livre "Sources et évolution de la physique quantique", EDP 2005.

La force faible

L'interaction faible serait "responsable" de la désintégration β (la pauvre!). Elle est définie par la constante de Fermi et portée par les méchants bosons W (W+ et W-) et Z (Z0 ). Elle serait de 105 à 1013 fois plus faible que l'interaction forte, elle aussi variable selon les auteurs mais sa portée serait cent à mille fois plus courte que celle de l'interaction forte. L'interaction nucléaire faible a été fusionnée avec l'interaction électromagnétique sous le nom de force électrofaible: l'électromagnétisme n'est jamais loin!

Théorie électromagnétique de l'interaction nucléaire

Je prétends que la théorie électromagnétique de Maxwell, et, plus précisément, les lois de Coulomb, électrique et magnétique, avec les constantes universelles associées suffisent pour calculer l'énergie nucléaire, c’est-à-dire la masse des noyaux atomiques. Cela permet d'obtenir des résultats en conformité avec l'expérience sans ajustement. L'électromagnétisme, théorie solide unifiant l'optique, le magnétisme et l'électricité, établie par Maxwell il y a plus d'un siècle, est basé sur des constantes fondamentales, c, μ, ε et les lois expérimentales de Coulomb, Ampère, Faraday, Gauss et bien d'autres. La gravitation, basée sur la loi de la gravitation universelle de Newton, découverte il y a plus de 2 siècles, est une loi coulombienne comme l'électrostatique et la magnétostatique (du moins lorsqu'on utilise les charges magnétiques, sans réalité physique mais d'intérêt pratique). Rien de tel en physique nucléaire où les notions de forces "forte" et "faible", imaginées un peu vite il y a bientôt un siècle, sont des plus vagues.

J'ai repris l'idée de l'interaction électromagnétique de Bieler mais en intervertissant les rôles de l'électrostatique et de la magnétostatique. J'ai repris aussi l'idée de Heisenberg que la liaison neutron-proton est la base de l'attraction nucléaire, les interactions électromagnétiques neutron-neutron et proton-proton étant généralement répulsives par raison de symétrie. Quantitativement, j'applique l'électromagnétisme non seulement à la répulsion coulombienne entre protons mais à tous les nucléons puisqu'ils contiennent tous des charges électriques et des moments magnétiques. L'interaction électromagnétique n'est, en effet, pas seulement électrostatique, elle est aussi magnétique. Mon idée est donc que, dans le noyau d'hydrogène lourd, le deuton, il y a équilibre entre l'attraction électrostatique et la répulsion entre les moments magnétiques, colinéaires et opposés, des nucléons (il semblerait que, dans la conception officielle, ils ne seraient pas colinéaires). Le mouvement orbital analogue à celui de l'atome est purement hypothétique: le noyau n'est pas un atome, il n'a pas de noyau. L'interaction magnétique s'exprime par la formule donnée par Maxwell dans son livre célèbre de 1874, "A Treatise on Electricity and Magnetism" page 11 du volume 2. Le calcul ci-dessous de l'énergie de liaison du deuton montre que l'interaction électromagnétique n'est pas si faible que le prétend la légende.

On sait depuis 70 ans que le neutron possède un moment magnétique et contient donc des charges électriques de somme nulle. La piste de l'interaction électromagnétique ne peut donc pas être balayée d'un revers de la main. Si les protons se repoussent mutuellement par l'interaction coulombienne, ils peuvent attirer les neutrons par influence électrostatique de la même façon qu'un stylo frotté contre un tissu attire des bouts de papier. Si neutrons et protons n'implosent pas, c'est grâce à la répulsion entre leurs moments magnétiques c'est-à-dire deux aimants colinéaires et de pôles opposés, comme chez le deuton 2H, ce qui donne une valeur raisonnable de l'énergie de liaison, 1,6 MeV pour 2,2 MeV mesuré du deutéron 2H. La position d'équilibre, de 0,6 fm, correspond à la limite entre la zone répulsive et la zone attractive, ce qui ne correspond au diamètre d'un nucléon que si les nucléons sont des sphères rigides. Si le deuton est sphérique, le neutron et le proton sont confondus. La réalité est sans doute un deuton ellipsoïdal. Les centres des nucléons sont à une distance relative sensiblement inférieure aux tailles des nucléons (0,5 à 4 fm) trouvées dans la littérature mais assez proche des positions du minimum des potentiels empiriques de la littérature du type de celui dit de Paris, représenté plus haut, qui a 4 composantes au lieu d'une seule, vectorielle, ou, plus précisément, tensorielle, pour le potentiel électromagnétique. Mon hypothèse est donc basée sur l'attraction par influence électrostatique à courte distance entre un neutron et un proton équilibrée par la répulsion magnétique entre les moments des nucléons convenablement disposés et orientés (voir plus haut le graphique théorique du potentiel nucléaire). Un dispositif macroscopique, le Levitron, fonctionne sur le même principe avec une répulsion magnétique mais où l'attraction électrostatique est remplacée par l'attraction gravitationnelle (voir sur Wikipedia).

Energies nucléaire et chimique

L'énorme rapport de l'énergie nucléaire à l'énergie chimique s'explique très simplement en supposant que son origine est électrique, c'est-à-dire soumise à la loi de Coulomb en 1/r. En effet, l'atome a un rayon de 0,5 fm (0,000 000 000 5 m) et le noyau de 1 fm (0,000 000 000 000 001 m), soit un rapport de 200.000, ce qui est  du bon ordre de grandeur. On peut faire un calcul plus élaboré, basé sur le rapport des masses combiné à la constante de structure fine.

Les noyaux ont une masse inférieure à la somme des masses de leurs constituants, protons et neutrons. Comme il y a équivalence entre matière et énergie d'après E=mc², cette différence, négative, est l'énergie de liaison d'un nucléon au noyau soit à peu près 1% de la masse du noyau. Ma théorie électromagnétique donne une valeur de l'ordre de - αmpc² où α = e²/(2ε0hc) = 1/137 est la constante de structure fine, c la vitesse de la lumière et mp la masse du proton. Ce résultat explique donc pourquoi l’énergie nucléaire est jusqu'à un million de fois plus concentrée que l'énergie chimique.

La constante αmpc², que j'ai découverte, est l’équivalent nucléaire de la constante de Rydberg ½α²me. Elle est proportionnelle à la constante de structure fine au lieu de l'être à son carré, la masse du proton remplaçant celle de l'électron. On remarque aussi que αmpc² = 6,8 MeV est pratiquement l'énergie de liaison de l'hélium 4 qui est de 7,1 MeV. La comparaison de ces formules, toutes deux issues de l'électromagnétisme et des quanta montrent que l'énergie de liaison nucléaire est  

α-1mp/me=137 x 1836 = 250.000 fois plus concentrée que l'énergie chimique.

Contrairement à l'idée reçue, la constante de couplage de l'interaction "forte" n'est pas de 1 mais de 1/137 comme l'interaction électromagnétique. Le mystère de la force dite forte est éclairci en appliquant tout simplement l'électromagnétisme sans mouvement orbital hypothétique.

L'énergie de liaison nucléaire serait donc d'origine électromagnétique et non d'origine indéterminée. Si ce n'était pas le cas, comment la force dite forte pourrait-elle apparaître à partir de photons, typiquement électromagnétiques, lors d'une matérialisation en électrons et antiélectrons ou, éventuellement, en protons et antiprotons? La masse elle-même pourrait être d'origine électromagnétique selon la formule E = m c² = hν reliant la masse à l'optique, donc à l'électricité.

Potentiel nucléaire de l'hydrogène lourd

Le deuton est le noyau atomique le plus simple, celui de l'hydrogène lourd 2H. Il contient 3 charges électriques élémentaires: la charge positive +e du proton, les charges +e et -e du neutron. La théorie des quarks en prévoit 6 selon le modèle du deuton ci-dessous où on a oublié les charges électriques et les moments magnétiques:

 

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Les calculs à N-corps étant généralement impossibles, il est nécessaire de faire des approximations judicieuses. Ainsi, en première approximation on peut se contenter de considérer que le proton contient une charge positive et le neutron une charge négative. En effet, la charge positive étant repoussée par le proton, elle est plus loin du proton et, en vertu de la loi de Coulomb, l'interaction avec le proton est plus faible et sa présence peut être négligée avec une erreur évaluée à 30%, relativement importante mais tout à fait raisonnable dans la mesure où il n'existe aucune valeur théorique. Cette simplification est souvent considérée comme fausse. J'aurai certainement préféré faire un calcul plus précis mais, ce qui m'intéresse, c'est de calculer l'énergie nucléaire,  au moins approximativement à partir de lois fondamentales, pas de chercher les chiffres après la virgule, que je laisse aux spécialistes. J'ai tout de même fait la vérification graphique ci-après qui montre le potentiel électromagnétique du deuton 2H, somme des énergies potentielles électrostatique, négative car attractive, et magnétique, positive car répulsive comme entre deux aimants colinéaires et de pôles opposés:

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Il n'y a, dans cette formule, que des constantes physiques fondamentales. Les moments magnétiques du deuton étant des aimants de pôles opposés et colinéaires, ils se repoussent (potentiel positif), ce qui donne la formule du potentiel électromagnétique du deuton, base de la physique nucléaire électromagnétique:

rnp est la distance des centres du neutron et du proton. Les constantes universelles apparaissant dans la formule sont

  1. e            = 1,6. 10-19 J.T-1   charge de l'électron en valeur absolue 
  2. μn          = 0,97. 10-26 J.T-1 moment magnétique du neutron
  3. μp          = 1,41. 10-26 J.T-1 moment magnétique du proton
  4. ε0          = 9. 1098,85.10-12 F.m-1 constante diélectrique 
  5. μ0          = 1/(c2ε0) = 4π x 10-7 N.A-2 perméabilité magnétique

Le premier terme de la formule ci-dessus correspond à la loi de Coulomb bien connue, attractive entre la charge élémentaire e du proton et la charge élémentaire -e du neutron qui l'emporte sur sa charge positive. Il s'agit du phénomène d'influence électrique déjà connu des Grecs et que chacun peut reproduire en attirant des bouts de papier avec un stylo en plastique frotté contre un tissu adéquat.  Le second terme est l'énergie d'interaction magnétique entre deux moments magnétiques c'est-à-dire entre deux aimants de moments magnétiques μn et  μp colinéaires et opposés, pris en valeurs absolues dans la formule. Il y a répulsion entre les moments magnétiques du neutron et du proton comme entre deux aimants de pôles opposés.

La courbe de gauche, ci-dessous, a été obtenue en calculant le potentiel de trois charges électriques, soit deux charges électriques égales et opposées dans le neutron, à gauche, et une seule, à droite, la charge négative du neutron. L'équilibre est obtenu lorsque la force est nulle, c'est-à-dire au minimum du potentiel. On remarque que la valeur expérimentale de l'énergie de liaison du deuton est intermédiaire entre les ordonnées des deux minimums. Ce calcul nécessitant une résolution graphique, il est nécessaire de faire une approximation si on veut une solution analytique. L'approximation en question consiste à négliger la charge positive du neutron, plus éloignée du proton mais avec une erreur de 30% au lieu de 5 % lorsqu'on tient compte des deux charges du neutron. 3pol

La méthode des trois charges (graphique de gauche) a été appliquée à l'hélium 4 (particule α). On remarque qu'il n'y a plus de véritable minimum mais seulement un point d'inflexion plat dû à la singularité de la loi de Coulomb pour r=0 :

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La distance internucléon r peut paraître faible mais il faut remarquer qu'elle serait égale au diamètre d'un nucléon si les nucléons étaient rigides et le deuton ellipsoïdal. Au contraire, si on suppose le deuton sphérique, r est nul. La réalité est vraisemblablement intermédiaire.

La formule générale de l'interaction magnétique, plus compliquée, était connue de Maxwell mais je ne l'ai trouvée dans aucun livre français d'électromagnétisme sauf, parfois, à la sauce quantique. La formule ci-dessus où sont réunis électrostatique et magnétostatique n'a, semble-t-il, jamais été envisagée. Sachant qu'il y a équilibre des forces lorsque la dérivée de l'énergie potentielle est nulle, on trouve l'énergie à l'équilibre c'est-à-dire l'énergie de liaison du deuton soit 1,6 MeV, inférieure certes à la valeur expérimentale, 2,2 MeV mais qui rend caduque l'idée reçue que la force forte ne peut être électromagnétique.

Neutrons et protons n'implosent pas grâce à la répulsion entre leurs moments magnétiques qui sont deux aimants colinéaires et de pôles opposés, ce qui est vérifié expérimentalement chez le deuton 2H. La position d'équilibre, de 0,6 fm, correspond à la limite entre la zone répulsive et la zone attractive. Les centres des nucléons sont à une distance relative à la limite inférieure des tailles des nucléons (0,5 à 4 fm) trouvées dans la littérature (comparer avec le potentiel de Paris ci-dessus). L'Académie des Sciences a refusé de publier mon projet de Note sous prétexte que mon hypothèse était "hardie", ce qui est vrai. Heureusement, les Américains n'ont pas fait la fine bouche comme le montre mon article paru dans le Journal of Fusion Energy.

L'interaction magnétique

L'interaction coulombienne est bien connue: c'est celle où un stylo de plastique frotté attire des bouts de papier. L'interaction magnétique est celle où le pôle nord d'un aimant attire le pôle sud d'un autre aimant. Le graphique ci-après résume les différents cas de figure. Le problème se complique lorsque l'orientation relative des aimants (ou, en langage technique, moments magnétiques représentés par une flèche sud-nord) varie. Pour l'angle dit magique de 54°71, l'interaction magnétique est nulle. Cette orientation est utilisée en RMN (résonance magnétique nucléaire) et en IRM (imagerie par résonance magnétique nucléaire) pour en améliorer la sensibilité.

Sans titre

Calcul des isotopes de l'hydrogène et de l'hélium

Le potentiel nucléaire représente les forces qui agissent sur les nucléons, protons et neutrons. L'énergie de liaison est le potentiel à l'équilibre de ces forces. Si les protons se repoussent mutuellement par interaction coulombienne, ils peuvent attirer les neutrons par influence électrostatique de la même façon qu'un stylo en plastique frotté contre un tissu attire des bouts de papier. La même méthode de calcul marche pour les autres isotopes de l'hydrogène et peut-être pour tous les noyaux atomiques dont voici un type de structure en accord avec les valeurs expérimentales de l'énergie de liaison des isotopes de l'hydrogène:

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H & He isotopes

 

 

On obtient ainsi la courbe parabolique des énergies de liaison des isotopes de l'hydrogène et de l'hélium. Cette dernière a été obtenue dans l'hypothèse tétraédrique de la particule alpha (tétraèdre régulier aplati de 20%). L'hélium 4 (la particule α) a, comme par hasard, une énergie de liaison par nucléon égale à αmpc² à 4% près

 

 

 

 

On remarque les pics correspondant aux noyaux de N pair, non pris en compte par le modèle, encore imparfait. Ils sont dus à la symétrie de la structure lorsque le nombre de neutrons est pair. Ces deux paraboles sont un peu pointues mais on observe bien une forme parabolique chez les noyaux plus lourds, ci-dessous : 

Parabolas  

Les petits pics sur les courbes correspondent aux noyaux de N pair. Il y a aussi quelques irrégularités, visibles sur la courbe du haut: ce sont des isomères, de mêmes N et Z. Il ne reste plus qu'à trouver une loi générale pour les quelques milliers de noyaux connus… 

Objections de l'Académie des Sciences:

 "1) Pourquoi les spins ne s'orienteraient-ils pas de façon à ce que l'énergie soit négative, dont attractive?"

C'est l'hypothèse de Bieler en 1924, abandonnée depuis. Dans le deuton, les moments magnétiques du proton et du neutron se repoussent comme deux aimants alignés de pôles opposés. Ils sont alignés par raison de symétrie selon leur axe de rotation commun, du moins selon ma conception où il n'y a pas de rotation des nucléons puisque pas de point d'appui du moment cinétique. En effet, le noyau n'a, au contraire de l'atome, pas de noyau.

"2) Quid du mouvement quantique de point zéro, dont l'amplitude est sûrement
très supérieure à la valeur dE calculée au paragraphe 2 (avant-dernière
formule)?"

L'existence de ce mouvement est, dans le noyau atomique, une hypothèse parmi d'autres, sans vérification expérimentale connue.

"3) L'auteur pense expliquer l'attraction entre le neutron et le proton en
supposant que le neutron est fait de 2 particules. Mais comment
explique-t-il l'attraction qui tient ces 2 particules ensemble?"

Le neutron contient des charges électriques de somme nulle séparées par l'influence électrostatique (connue des anciens Grecs) du champ électrique du proton. Chacun peut constater qu'un stylo en plastique frotté sur un tissu adéquat attire des bouts de papier pourtant neutres.

"4) Si le neutron est fait de 2 particules A et B, dont l'une, soit A, est
très proche du proton alors que B est éloignée, comment ne par considérer
que c'est A et le proton qui constituent une particule?"

Il est connu que le neutron est plus lourd que le proton d'une quantité proche de l'énergie électrostatique de l'électron. Le neutron contient donc plus de charges élémentaires que le proton. 

"5) L'auteur évoque brièvement les quarks... mais des quarks, il y en 3 dans
le neutron, et pas 2, et puis il y en a aussi 3 dans le proton!"

L'hypothèse des quarks est inutilisable dans mon calcul, leurs masses et leurs moments magnétiques étant inconnus. Synagogue

 Objections d'un académicien

"L'énergie d'origine électromagnétique de la paire proton-neutron est très
petite par rapport à l'énergie de liaison, déjà assez faible, du deutéron."

L'énergie d'origine électromagnétique de la paire proton-neutron est de l'ordre de grandeur de l'énergie de liaison du deutéron. Mon calcul le prouve. Personne ne m'a dit que mon calcul était faux, ce sont mes hypothèses qui ne sont pas conformes aux errements en vigueur. Elle n'est pas si faible puisqu'on en tient compte dans le modèle de Bethe-Weizsäcker.

"Ceci n'a rien à voir avec l'approximation du dipôle, qui est, d'ailleurs,
assez bonne pour la distance moyenne de deux nucléons dans le deutéron."

Sûrement pas: la distance entre les charges du deuton est donnée par le quadrupôle du deuton, soit    (2.738 ± 0.014)10-27 cm2 , soit un moment de 0,5 fm, du même ordre de grandeur que le rayon du neutron. Le proton n'est donc pas suffisamment éloigné du neutron pour que l'approximation du dipôle soit valable.

"Vous pouvez faire le même calcul en prenant les vraies distributions des
charges à l'intérieur du proton et du neutron. Ces distributions sont
mesurées aux expériences de diffusion profondément inélastiques, (c'est à
dire à haute énergie et à grand moment de transfert), d'électrons sur du
deutérium. Vous pouvez calculer l'énergie électrostatique, avec le dégré
de précision que vous le souhaitez, à l'aide des formules classiques que
vous trouvez dans les manuels de physique niveau lycée."

Ces mesures de diffusion sont bien moins précises que les mesures de masses, donc d'énergie de liaison. Ce n'est pas en écrasant une mouche avec un marteau qu'on peut connaître sa constitution.

"Je dois avouer que votre calcul me paraît totalement incompréhensible."

Autrefois, Gallimard avait refusé de publier Proust, supposé incompréhensible. Cet académicien ne semble pas avoir assimilé l'électromagnétisme, préférant le charme des quarks et les constantes qui varient.  

 Un autre académicien a accepté de correspondre mais il a finalement déclaré forfait en me disant que je devais faire appel à un spécialiste du nucléaire sans d'ailleurs m'en indiquer un : il est vrai que, par définition, un spécialiste est borné à sa spécialité.  Les rubriques physique et chimie nucléaires sont introuvables sur le site de l'Académie des Sciences sinon pour rappeler les exploits des anciens. La chimie nucléaire, fondée par Marie Curie, n'est même plus enseignée alors qu'on prétend la France en pointe dans le domaine nucléaire.

Objections de la revue Nuclear Physics A:

"it is incorrect to calculate the np electromagnetic interaction by disregarding the `positive' fraction of charge in the neutron and using only the `negative' fraction"

J'ai fait le calcul avec et sans la charge positive du neutron. Il y a certes une différence de 30%, mais l'énergie de liaison expérimentale du deuton 2H est intermédiaire entre les valeurs obtenues par ces deux calculs. 

"It is incorrect to use np mean distances as small as 0.6 fm in deuterium and 0.14 fm in tritium"

Ce n'est pas une distance moyenne entre les nucléons mais celle qui sépare des charges électriques ponctuelles. D'ailleurs la formule R=R₀A ne marche que pour les noyaux de nombre de masse supérieur à 10 qu'on peut considérer comme sphériques.  

Lastly, the scale of energy given in Eq.(20) is no more than arbitrary manipulation of the fine structure constant alpha together with the proton mass."

Ce pourrait être une coïncidence que αmpc² soit pratiquement égal à l'énergie de liaison par nucléon de la particule α, mais c'est la conséquence de l'équilibre entre les forces électrique et magnétique dans le noyau atomique, sans hypothétique rotation orbitale des nucléons.

Objections de la revue Nuclear Physics A (seconde tentative)

"The author argues that the binding energies of light nuclei may be explained by, or are commensurate with, electromagnetic interactions. In doing so I find several gross errors of judgement and unfounded assumptions. For example, it is incorrect to calculate the np electromagnetic interaction by disregarding the `positive' fraction of charge in the neutron and using only the `negative' fraction."

 

On a bien le droit de faire des approximations, sinon la physique n'existe plus. En calculant le potentiel électromagnétique pour deux et pour trois charges j'ai trouvé une différence de 30% sans commune mesure avec l'écart entre les énergies nucléaire et chimique dont le rapport est réputé être de l'ordre du million. Un calcul graphique trois corps donne une précision de 5%.

 

"It is incorrect to use np mean distances as small as 0.6 fm in deuterium and 0.14 fm in tritium. Nucleons hardly penetrate each other to such small separation distances."

 

La formule R = R₀A ⅓ ne fonctionne pas pour les noyaux légers (voir plus haut). Si le tritium était sphérique cette valeur serait nulle. De plus cette distance de 0,6 fm correspond assez bien avec la valeur du minimum qu'on trouve dans la littérature pour les potentiels phénoménologiques et est aussi cohérente avec le moment quadrupolaire du deuton. Quant au tritium, la valeur faible obtenue provient de sa symétrie plus grande, son moment quadrupolaire, inconnu, étant vrasemblablement nul.  

 

"Lastly, the scale of energy given in Eq.(20)

 

Sans_titre

 

is no more than arbitrary manipulation of the fine structure constant alpha together with the proton mass."

 

Ce n'est pas une manipulation arbitraire mais une conséquence du calcul fait en appliquant tout simplement les lois de Coulomb électrique et magnétique. Je suis le seul capable de proposer une formule théorique donnant l'ordre de grandeur de l'énergie nucléaire.

 Objection de la revue European Physical Journal A

"As a Field editor of Few-Body Physics I feel obliged to reject your manuscript. The work is based on qualitative estimations of the electromagnetic interactions in the deuteron and does not fit with the minimal scientific standards of the review."

Les lois de Coulomb seraient donc qualitatives. Malgré ma demande on ne m'a pas envoyé ces fameux standards.

 

Objection de la revue European Physical Journal P

 

"Reviewer #1: The work "Electromagnetic Theory of the Nuclear Interaction. Application to the H and He Isotopes" addresses a description of the nuclear structure where strong and weak interactions are completely disregarded.

The method does not consider the spherical symmetry of nuclei, which is well established at least to light and medium nuclei, and focus on the possibility of obtaining biding energies which seems to be in agreement with experiments.
However, the author avoid to consider other aspects of nuclear structure or processes. For instance, how to explain weak-decay in such a theory? Can the cross sections for nuclear reactions be correctly predicted by such a theory? Is the fission process a possible decay channel?
We believe that baryons are correctly described by a quark-gluon structure. How this picture fits in the electromagnetic theory advanced in this work?
Since all these important aspects are not considered in the manuscript, I consider that it is not appropriate for publication in the European Physical Journal Plus."

 On me reproche de ne pas tenir compte d'une force forte imaginaire dont on ne connaît pas les lois fondamentales. Pour s'en sortir, il mélange tout et fait appel aux tout aussi étranges quarks.

On se demande comment le noyau d'hydrogène lourd, constitué d'un proton et d'un neutron peut-être sphérique.

Autre appréciation, moins violente mais toujours conforme aux errements en vigueur:

"Reviewer #1: I think this manuscript should be rejected because it resorts more to pure numerology than to physics.
Numerology may of interest when it helps to connect quantities which have same size and are constructed simply of different constants. See G. Gamow, Proc. Natl. Acad. Sci. 59 N° 2, 1968, 313-318. This is not the case here. Basically, this manuscript tests the hypothesis that the binding energy of simple fundamental systems is inversely proportional to their radius, and thus more or less independently of the nature of the forces. The test bears on two systems, the hydrogen atom, bound by Coulomb force and the deuteron, bound by the strong force. The author seems to be motivated by Born's observation that in these two systems, the largest (in size) has by far the lowest binding energy. However, there is no a priori reason for an inverse proportionality between the binding energy and the radius and the author does not provide any rational motivation for such a law…"

Sans doute que les lois de Coulomb relèvent de la numérologie… Le deuton ou hydrogène lourd serait sphérique alors qu'il est constitué d'un proton et d'un neutron. Il reconnaît tout de même que mes valeurs calculées sont en accord avec l'expérience. Il croit que les baryons sont constitués de quarks, jamais détectés car ils sont invisibles…

 

Encore une autre:

Reviewer #1: After one century of nuclear physics, this author seems indeed to dont be aware of the fact that the nuclear force is something different than the electromagnetic ones. He also seems to do not be very familiar with the firsts principles of Quantum Mechanics concerning the computation of binding energies.
I reject the publication of this article.

Il croit que la force nucléaire n'est pas électromagnétique, sans peuve, évidemment. Ce qu'il ne dit pas c'est ce qu'elle est… pour la simple raison qu'il n'en sait rien.

Objections de la revue Few-Body Systems

"The work is based on qualitative estimations of the electromagnetic interactions in the deuteron and  does not fit with the minimal scientific standards of the review." 

Il a confondu estimation et approximation. Mon calcul est quantitatif, sans aucun paramètre ajustable, en accord au moins approximatif avec la valeur mesurée de l'énergie de liaison du deuton.

Nouveau refus de Few-Body Systems

Reviewers' comments:

The manuscript is not acceptable for publication.
On one hand the author seems to ignore 70 years of nuclear physics including QCD.

Ils ont perdu 70 ans à faire de la science fiction car, à cette époque on savait déjà que le neutron a un moment magnétique, et, par conséquent, des charges électriques. La théorie électromagnétique que je propose aurait pu être découverte. Les physiciens nucléaires ne connaissent, comme force électromagnétique, que la répulsion coulombienne entre protons. Ils ignorent que ce sont les Grecs de l'Antiquité qui ont trouvé l'électricité et le magnétisme, qualitativement certes mais quantitatif depuis deux siècles grâce à Coulomb. N'importe quel enfant sait qu'un stylo frotté attire des bouts de papier.  La théorie QCD est un avatar de QED où l'électromagnétisme est remplacé par la "force forte" dont les lois sont toujours inconnues (on aime beaucoup les sigles en physique "moderne").

 

 "On another hand it does not contain any computing method that could be of interest for this journal."

 

 Evidemment, ma méthode est trop simple. Pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué. C'est sans doute pour cacher l'ignorance des lois régissant l'interaction nucléaire.

 

Objections de la revue Physics Letters B (par un ponte du CEA)

"The things that you discuss are not so simple."

Comme disait l'autre, si c'était si simple ça se saurait.

"Your considerations, for instance, ignore completely quantum mechanics,"

Vous prétendez que j'ignore complètement la mécanique quantique. La constante de structure fine n'apparaîtrait pas dans mes formules si la mécanique quantique n'avait pas été prise en compte. 

"and just to give you one example where this is important, the binding energy is NOT the minimum of the interaction potential, kinetic energy will reduce this by a large amount (may even destroy the binding)."

L'idée d'un mouvement orbital des nucléons ne provient que d'un placage grossier de l'atome de Bohr au noyau atomique. En effet le noyau diffère fondamentalement de l'atome car il n'a pas de noyau donc pas de centre stable  où pourrait s'appliquer le moment cinétique. 

"The issues that you are raising touch upon the polarizabilities of nucleons, and this  has been very much studied, both theoretically and experimentally."

La définition de la polarisabilité n'est valable que dans un champ électrique uniforme, ce qui n'est pas le cas pour celui d'un proton voisin d'un neutron. 

Nouvelle tentative deux ans après, ma théorie dérange toujours :

"This paper attempts to explain nuclear binding energy in terms of electrostatics, claiming to "prove the electromagnetic nature of the nuclear energy". This is of course in conflict with all what we know about nuclear physics, which the author must be aware of."

Malgré tout ce qu'on sait en physique nucléaire, on ne connaît pas les lois fondamentales de l'énergie nucléaire. Ma théorie est, en effet, en conflit avec les idées reçues en physique nucléaire, y compris celles d'un certain nombre de prix Nobel.

"The work presented is however plain wrong."

Merci. 

"There is no theory, just a manipulation of poorly understood concepts (except perhaps those related to electrostatics), and constructions of pictures of few body systems representing very light nuclei... only in the mind of the author. "

Il reconnaît qu'il n'a pas prévu l'interaction électrique entre un proton et un neutron, en conformité avec ce que les Grecs avaient trouvé il y a plus de deux millénaires, à l'origine du mot électricité (ελεκτρον, ambre en grec). 

"I would like to encourage the author to use his spare time to read basic textbooks in nuclear physics and study how what we know now (which is very different from what he has in mind) has been carefully obtained, through a combination of crucial experiments, and theoretical work. Clearly, this nonsense paper cannot be published in Physics Letters B, nor in any serious scientific journal."

Il est manifestement sorti de ses gonds car ma théorie contredit les élucubrations à la mode, incapables de donner ne serait-ce que l'ordre de grandeur de l'énergie nucléaire. 

 

Objection de la Physical Review C

Regrettably, your response reemphasizes the previous concerns that the manuscript is not at a level of present-day research in nuclear physics. Among other concerns, it does not consider quantum mechanics which is indispensable for objects the size of the atomic nucleus.

La mécanique quantique est bien prise en compte via les moments magnétiques du neutron et du proton, proportionnels au magnéton nucléaire, équivalent nucléaire de celui de Bohr. L'hypothèse officielle est celle d'une rotation des nucléons analogue à celle des électrons de l'atome avec, par conséquent, une force centrifuge qui doit être compensée par une interaction plus forte que l'interaction électromagnétique; c'est pourquoi l'électromagnétisme ne fonctionne pas dans le cadre de cette hypothèse. Le noyau n'a pas de noyau, donc pas de centre autour duquel les nucléons peuvent tourner. L'addition des spins est aussi absurde que l'addition des moments cinétiques des roues d'une voiture pour obtenir le moment cinétique angulaire de la voiture, nul lorsque la voiture se déplace en ligne droite. Il serait étonnant que la mécanique quantique puisse violer les lois de la mécanique classique; elle ne fait que limiter le mouvement aux valeurs propres des fonctions d'onde. Je prétends que l'hypothèse de la rotation des nucléons est fausse: le moment cinétique angulaire du noyau atomique est en général nul sauf sollicitation particulière. 

Objection de la revue Europhysics Letters

"Your theory is on the level of knowledge of hundred years ago. It is absolutely wrong and has nothing to do with the current level of nuclear science. We would like to advise you to study one of the textbooks on nuclear physics."

On a avait dit au dernier Nobel de chimie qu'il devrait apprendre la cristallographie… L'électromagnétisme de Maxwell serait donc ringard. Seules les bizarres théories à la mode seraient valables. En tous cas elle n'ont toujours pas conduit à la formule de l'énergie nucléaire comme la formule de Bohr de l'atome d'hydrogène l'est pour l'énergie chimique.

du même:

 

"This article has to be rejected with no further consideration. The author seems to be unaware that there are in nature strong nuclear forces that cannot be reduced to electromagnetic ones."

et

"I have to disappoint you. Alpha-correlations are well known
to nuclear physicists and result from more deep microscopic theory as well.
Cluster structure of light nuclei was studied in all detail, on a much more
modern level, starting with realistic nuclear forces. You can find
dozens of papers on this topic, for example by Japanese authors
(Horiuchi et al.) . The so-called “ab-initio” theory starts from nucleon forces
In vacuum and obtains very good results for not very heavy nuclei,
not just binding energy but a lot of spectroscopic characteristics.
Indeed, Bethe-Weizsacker formula does not contain alpha-correlations.
But the idea of a liquid drop is macroscopic and applicable only to
heavier nuclei only. This formula does not give magic numbers which
are clearly seen in the data and can be explained only by the shell model.
The shell model itself has also its own long path of development
from its original form. Anyway, I am sorry to say but your work
would be great 75 years ago…"

Il croit aux nombres magiques qui correspondraient aux nombres quantiques de l'atome de Bohr. Malheureusement, contrairement à l'atome, le noyau n'a pas de noyau. Les physiciens nucléaires n'ont pas  compris que cette différence était fondamentale..

 

 

Zakopane Conference on Nuclear Physics

"The Committee of Conveners of the Zakopane Conference has reviewed your abstract. The Committee was not convinced that the new theoretical approach proposed in the abstract would have any impact on our understanding of the physics of the nucleus. Consequently, your contribution was not ranked sufficiently high to be recommended for presentation."

Ce serait dangereux…

 

 Refus sans justification: (le refus d'une communication à un congrès n'est généralement pas motivé)

 On behalf of the FFP12 Scientific Organizing committee, I am sorry to inform you that your abstract ID's: 105, 107 and 34 Titled:
Theory of Mono-Form Universe in Faradarmani (Principle of Formational Unity) Numbers ;
Laws and Awareness from Interuniversal Mysticism (Erfan Halqeh) View
AND
Discovery of a formula for the nuclear to chemical energy ratio;
have been rejected.

 On me prend pour un illuminé!

 Enfin, presque, un encouragement

 "Je ne connais rien a la physique nucleaire (car je viens de la physique atomique). Il me semble cependant que le calcul que vous proposez est trop beau pour etre vrai."

 Moi non plus je ne viens pas de la physique nucléaire. J'y avais bien pensé il y a 50 ans, mais les cours m'ont paru incompréhensibles et, surtout, on m'a proposé une bourse de thèse du CEA trois fois mieux payée que celle de 3ème cycle… Je me demande maintenant si j'aurais pu, en étant physicien nucléaire élaborer ma théorie électromagnétique et même la publier. J'ai publié des dizaines d'articles dont la moitié à titre personnel en n'ayant eu que un ou deux refus car mes articles ne mettaient pas en cause les idées courantes sauf un concernant la croissance des arbres dont les branches s'affaissent sous leur poids croissant alors que la théorie en vigueur est que les branches se redressent car attirées par la lumière selon la vieille théorie vitaliste. Heureusement il y a eu la filière bois et le fait que le référent me connaissait, ce qui m'a permis d'apparaître aux défunts Comptes Rendus de l'Académie. Maintenant il faut y être invité, ce qui exclut la possibilité d'y prendre date lors d'une nouvelle découverte. Il est évident que ma théorie nucléaire met en cause ceux qui  utilisent le terme "moderne" à tout bout de champ pour cacher leur ignorance des lois fondamentales de la physique en se payant de mots.

Objections trouvées dans la littérature :

 Evans R.D. The atomic nucleus, McGraw-Nill, 1969 chap 10 p. 310

"L'énergie potentielle électrostatique est identiquement nulle car le neutron n'est pas chargé"

Le neutron contient des charges électriques de somme nulle. Il peut être attiré par un proton de la même façon que des bouts de papier sont attirés par un stylo frotté contre un tissu.

"L'énergie potentielle magnétique entre les moments magnétiques du neutron et du proton séparés de 2 fm est d'environ 0,03 MeV."

Mais à une distance de 0,5 fm elle est de 2 Mev, énergie du deuton, car le potentiel magnétique varie selon l'inverse du cube de la distance.

On trouve des quantités de théories de l'interaction nucléaire, ce qui prouve bien qu'on n'y comprend pas grand chose. Aucune constante universelle comme celles de l'électromagnétisme ou de la gravitation ne figure dans les tables de constantes physiques, par exemple le Handbook of Chemistry and Physics. On trouve parfois une constante de couplage, mais elle varie selon les auteurs; quant aux lois proprement dites, on ne trouve que des sigles ou des noms de villes (Paris, Bonn, Argonne, Nimègue…).

 Unification des forces fondamentales

Les forces fondamentales sont la gravité et l'interaction électromagnétique auxquelles on a ajouté un peu rapidement deux forces hypothétiques, forte et faible. La prise en compte de l'interaction coulombienne dans le modèle de Bethe-Weizsäcker prouve que l'interaction électromagnétique n'est pas négligeable: la soi-disant faiblesse de l'interaction électromagnétique est une légende due à l'hypothèse d'un hypothétique mouvement orbital des nucléons. En effet cette rotation des nucléons nécessite, pour équilibrer la force centrifuge, une "force forte", des dizaines de fois l'interaction électrique. La force forte provient de l'hypothèse que les nucléons tournent comme les électrons de l'atome et qu'il faut alors compenser la force centrifuge. En son absence, l'interaction électromagnétique fait l'affaire. D'autre part, le rapport du rayon de l'atome à celui d'un nucléon est en raison inverse du rapport des énergies de liaison de l'atome d'hydrogène et du noyau d'hydrogène lourd, le deuton. Cela confirme mon hypothèse électrique puisque c'est, comme par hasard, conforme à la loi de Coulomb où l'énergie potentielle est justement en 1/r.

L'énergie de liaison nucléaire s'exprime en MeV (million d'électron-volt) alors que l'énergie chimique s'exprime en eV (électron-volt). Ce rapport entre les énergies atomique et nucléaire correspond au rapport entre la taille de l'atome, 1 Ǻ (0,1 nm ou 10⁻¹⁰ m), et celle du noyau, 1 fm (10⁻¹⁵m), soit un rapport de l'ordre de 100.000, en conformité avec la loi de Coulomb de l'électrostatique où le potentiel est en 1/r. De plus, le neutron n'est pas si neutre qu'on le croyait lorsqu'on l'a nommé ainsi puisqu'il contient des charges électriques de somme nulle et un moment magnétique. Il est certes apparemment neutre à grande distance d'un proton mais l'existence de ses charges électriques a bien été détectée en analysant la différence de diffusion entre protons et neutrons et par diffusion d'électrons. Comment cela aurait-il été possible s'il n'y avait pas d'interaction électromagnétique neutrons-électrons?

Les super-théories

CNRS-Info n401"Depuis les années 1970, la théorie de la chromodynamique quantique décrit le proton comme une assemblée de grains ponctuels en mouvement, les quarks, liés entre eux par une force confinante très intense. Cette force dite forte est transportée par des particules appelées gluons." Vive la superglu ! Comment peut-on connaître la liaison au niveau des quarks alors qu'on ne connaît même pas son origine au niveau des nucléons?

Il existe diverses théories plus ou moins fantaisistes mais pas "naïves" faisant appel à des "constantes" de couplage qui, bizarrement, varient et même s'annuleraient dans le temps ! Même la constante de structure fine pourrait être différente dans une galaxie lointaine… On se demande si la physique "moderne" née dans les années folles n'est pas à côté de ses pompes avec ses superthéories qui ne sont que des supercheries. Maxwell avait complété le théorème d'Ampère par le courant de déplacement pour obtenir ses équations et unifié l'électromagnétisme et l'optique. A-t-on sérieusement essayé d'y introduire la constante de Planck plutôt que d'inventer des théories Super fantaisistes comme les Super cordes, Grande et Super unifications ? A quand l'Hyper-unification (on a déjà l'hypercharge)? Ça délire: même les constantes varient. Mes constantes, non seulement le sont mais elles sont universelles. Ma théorie pourrait bien être l'équivalent nucléaire de celle de Bohr de l'atome.

 

samedi 26 mars 2016

La maison de mon grand-père, à Ribeauvillé, et celle de mon enfance, à Mertzwiller

Emile_Schaeffer

La maison de mon enfance:

La_maison_de_mon_enfance

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dimanche 28 février 2016

Lois Fondamentales de la Physique Nucléaire:

Les lois fondamentales de la nature seraient 4, la gravitation, l'électromagnétisme plus deux petites nouvelles, non prouvées, la force forte et la force faible. La gravitation et l'électricité ont toutes les deux une force en 1/r2 et un potentiel en 1/r. Les deux autres sont, au mieux, empiriques, c'est à dire avec des formules variables selon les auteurs, donc non fondamentales. Lorsqu'on pose la question des lois fondamentales de l'interaction nucléaire, on n'obtient que des réponses évasives. Il existe bien quelques équations comme celle de Yukawa, mais de coefficients ajustés.

Si vous cherchez sur Internet les  "Lois Fondamentales de la Physique Nucléaire" vous ne trouvez que moi qui s'y intéresse. Si vous faites  "Lois Fondamentales" "Physique Nucléaire" vous trouvez "Lois Fondamentales de l'Univers". Toujours sur Google, en anglais: "Fundamental laws of nuclear physics" où la moitié est de moi.

Energie nucléaire et énergie chimique

La grande différence entre les potentiels chimique et nucléaire est la taille de l'atome et de son noyau:
le noyau de l'atome d'hydrogène est de 0,5.10¯­­­¹⁰ m et celle de son noyau de 1,2.10⁻¹⁵ m, soit un rapport de 240.000. Concrètement, si on applique la loi de Coulomb en 1/r, on a aussi un rapport de 240.000, mais inversé. L'énergies de liaison nucléaire du deuton, appelé aussi hydrogène lourd, constitué d'un proton et d'un neutron est de 2,2 MeV et celle de l'atome d'hydrogène, lourd ou pas est de 13,6 eV, soit un rapport de 160.000 du même ordre de grandeur que le rapport énergie nucléaire/énergie chimique de 240.000, obtenu plus haut.

Internet est muet si on fait "Lois Fondamentales de la Physique Nucléaire"… remplacées par "Lois Fondamentales de la nature", qui seraient 4. On a bien quelques résultats empiriques, le premier étant le potentiel de Yukawa mais aucune équation fondamentale, c'est-à-dire avec des constantes universelles. La "théorie de tout" n'a aucune équation comme d'ailleurs le modèle dit standard. Il n'en est pas de même pour l'électromagnétisme, méprisé par la physique nucléaire. Tout avait bien commencé avec Rutherford qui a trouvé la formule de la diffusion électrique. On aurait pu continuer aux hautes énergies en remplaçant l'électricité par le magnétisme mais une erreur de signe a été commise. En changeant tout simplement ce signe, on obtient, comme par hasard, le résultat attendu, comme on le montre le graphique ci-dessous.
La vraie théorie nucléaire

La force magnétique est en 1/r4 et son potentiel en 1/r3. Dans la suite on ne parlera que du potentiel au lieu de force même si l'expression "force forte" (ou "interaction forte" pour faire plus sérieux) est utilisée, selon la tradition. Dans le noyau atomique il y a des protons de charge égale à celle de l'électron au signe près (les quarks restent imaginaires).
Les protons se repoussent (signe +) aussi bien dans le noyau qu'à l'extérieur selon la loi de Coulomb. Le potentiel électrique est celui utilisé par Rutherford:

Revenons à la "force forte" censée "expliquer" l'énergie nucléaire. Après quelque recherches dans la littérature, j'ai trouvé son origine, apparemment inconnue des physiciens nucléaires "modernes". Son origine, séculaire, imaginée par Chadwick, le découvreur du neutron, d'ailleurs pas si neutre puisqu'il contient des charges électriques de somme nulle. Il a proposé la formule, considérée par les physiciens nucléaires comme dépassée par on ne sait quoi sinon par le concept vide de la "force forte".

Ce n'est pas précisé, mais B semble positif ici. On remarque la présence de la loi de Coulomb du potentiel en 1/r accompagnée du potentiel de la force forte  en 1/rn dont l'exposant serait compris entre n=2 comme l'électricité et n=4, en passant par la force magnétique où n=3 puisque le potentiel magnétique est en 1/r³. Pour obtenir la force forte, il faut encore déterminer n, que Bieler a supposée très justement magnétique, donc avec n=3. Malheureusement, il n'a pas réussi car il a gardé le signe - de Chadwick. Il a suffi de remplacer le - par un + pour résoudre le problème.

Reprenons la formule bien connue de Rutherford:

Sans rentrer dans les détails, on remarque que, pour un angle θ constant et un noyau déterminé, impacté par les particules α, cette formule se simplifie en:

 

 

où il ne reste que la masse de la particule α et sa vitesse v₀, c'est-à-dire l'énergie cinétique de la particule α qui va impacter le noyau considéré. Logarithmiquement, cette formule devient:


On obtient alors, en coordonnées logarithmiques, une droite de pente -2, comme le montre la figure ci-dessous.

Lorsque l'énergie cinétique dépasse l'énergie de liaison de la particule α, la pente augmente anormalement et devient -6, magnétique, au lieu de -2, électrique. La courbe comporte donc deux parties, la première correspond à la découverte de Rutherford et la seconde, soit-disant anormale, est, en réalité, magnétique, de pente -6. Comme pour la partie électrique, l'exposant est multiplié par 2, les particules α étant détectées sur une surface. Pour obtenir ce résultat, il suffit tout simplement de remplacer le 2, électrique (loi de Coulomb en 1/r), de Rutherford, par le 6, magnétique (loi de Poisson en 1/r³). La "force forte", hypothétique, devient alors magnétique, loi fondamentale:

 

 

 Le graphique ci-dessous montre les deux droites électrique (pente -2) et magnétique (pente -6) en coordonnées logarithmiques.

LogLa physique autoproclamée "moderne" est, en réalité, à côté de la plaque.

Plus de détails dans mon article, refusé par la Royal Society: RSPA_Author_tex "In this article the author promotes his view of nuclear forces (une vue d'artiste?), which is that the Strong Force does not exist. The author's arguments lack credibility being simply classical (le classique est déplacé par le virtuel) arguments and fits, there is no fraction of the substance that would be required to seriously challenge one of the pillars of modern physics (les piliers s'effondrent parfois), i.e. the Standard Model (il n'a aucune loi fondamentale)." Le modèle standard n'est qu'un classement de particules dans un tableau. Au contraire de l'électromagnétisme, il est incapable de fournir l'énergie de liaison du noyau lié le plus simple, le deuton ²H, comme on le voit sur la figure ci-dessous. Il n'y a qu'un "fit" dans mon calcul: la position de la singularité de Rutherford. Mon calcul est fondamental, sans ajustement (fits), sauf pour la position de la singularité de Rutherford. Les pentes -2 (de Rutherford) et -6 sont fondamentales. La théorie de Rutherford applique simplement la loi fondamentale de Coulomb,  remplacée par celle de Poisson, toute aussi fondamentale, aux hautes énergies.
La diffusion de Rutherford, "normale" est électrique, la diffusion soit disant "anormale" est magnétique. La diffusion de Rutherford est électrique à faible énergie et magnétique à haute énergie. La diffusion de Rutherford est entièrement et uniquement électromagnétique, comme d'ailleurs, l'énergie nucléaire (cf ci-dessous).

2H_4HeOn reconnaît le potentiel électromagnétique démontré dans ma présentation à Dubna, au centre nucléaire russe (http://isinn.jinr.ru/past-isinns/isinn-22/progr-27_05_2014/Schaeffer.pdf),  où un jeune chercheur m'a suggéré d'étudier la diffusion.

Le graphique ci-dessus montre les points d'inflexion horizontaux de ²H et ⁴He coïncidant avec leurs énergies de liaison expérimentales.
<div class="section" style="text-align: ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

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samedi 14 novembre 2015

Les nouvelles invasions barbares

Il y a deux millénaires, les Européens dominaient le monde. La Grèce avait posé les bases de la science moderne et même imaginé l'atome. Les Romains ont ensuite conquis le monde méditerranéen mais les Barbares veillaient et s'infiltraient malgré les armées et les barrières aux frontières  (le mur d'Hadrien entre l'Angleterre et l'Ecosse et celui de Trajan en Allemagne et, accessoirement, la Muraille de Chine). Il y a eu un empereur romain africain, Septime Sévère. Les riches de l'empire romain sont dominés par le luxe et la luxure. Les pauvres vivaient des distributions de blé par l'assistance publique impériale.  Pour occuper les loisirs des citoyens, on leur donna des fêtes et des distractions (Albert Malet).  L'empire romain a disparu quelques siècles plus tard, au Moyen-Âge où la science a redémarré avec les alchimistes.

Au début du 20e siècle les Européens dominaient le monde.  Ils avaient prouvé l'existence de l'atome et de son noyau. Les Américains, qui ont aussi leur Africain, Obama, ont remplacé les Romains et les Européens, la Grèce. On installe des barrières aux frontières, peu efficaces. En fait l'Europe se débobine: on avait un timbre unique, qui a disparu, une frontière commune qui vole en éclats...etc. Actuellement les physiciens nucléaires croient à une  "force forte" imaginaire, du même genre que la "France forte".

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mardi 30 juin 2015

LE NUCLEAIRE EN MAUVAISE POSTURE

L'INDUSTRIE NUCLEAIRE

Le tarif de l'électricité va augmenter pour payer les erreurs de nos ingénieurs dans la construction des nouvelles centrales dites EPR où les énormes cuves acier sont fragilisées par la radioactivité. On ne s'est même pas donné la peine de vérifier la résistance des pièces à la radioactivité et aux cycles thermiques!

Yves Brechet, le nouveau patron a passé son temps à écrire l'éloge de Friedel récemment décédé au lieu de s'occuper du problème des cuves de l'EPR.

Les principaux acteurs de la filière nucléaire française ont fait valoir leur point de vue au sujet de la cuve de l'EPR, à l'occasion d'une audition parlementaire. Mais les échanges, particulièrement tendus, ont surtout renforcé les interrogations (http://m.actu-environnement.com/actualites/cuve-epr-flamanville-nucleaire-opecst-audition-24841.html)

LA RECHERCHE NUCLEAIRE

Il y a in siècle Rutherford a découvert le noyau atomique en envoyant des particules alpha électriques sur des feuilles d'or. Ces particules étaient déviées et même réfléchies, prouvant l'existence d'un noyau de l'atome très petit chargé électriquement. En deux semaines, il a calculé la trajectoire de ces particules en appliquant la loi de Coulomb de l'électricité. Plus tard, aux grandes vitesses de ces particules, on s'est aperçu que la loi de Coulomb ne fonctionnait plus. Alors on a imaginé une force nouvelle, la "force forte", accompagnée, pour faire bonne mesure, d'une "force faible". Dans les années 30 on a découvert les moments magnétiques des nucléons. Cela veut dire que la répulsion magnétique pouvait devenir plus importante que la répulsion électrique. L'application de l'électromagnétisme permet de calculer à la fois l'énergie de liaison nucléaire et la diffusion soi-disant anormale de Rutherford. Personne ne l'avait remarqué avant moi. La légende de la "force forte" reste dans la science officielle.

 

La simple application des lois de l'électricité et du magnétisme permet de calculer l'énergie d'au moins les deux noyaux les plus simples:

2H_4He

La diffusion de Rutherford électrique est connue depuis un siècle mais sa soeur dite "anormale",  jamais calculée jusqu'à présent, est tout bêtement magnétique:

LogEn échelles logaritmiques on obtient tout simplement des droites: inutile de chercher midi à quatorze heures.

 

mardi 16 juin 2015

Le mystère de l'énergie nucléaire résolu

Le noyau atomique a été découvert il y a un siècle. On sait qu'il est constitué de protons et de neutrons comme un mélange d'oranges et de citrons. Lorsqu'on sort les oranges et les citrons de leur panier, ils s'étalent au sol. Pour les faire tenir ensemble, une seule solution, la colle. Dans le noyau atomique, on a une colle forte, les gluons de la "force forte".

Malheureusement tout cela est de la science fiction: personne ne sait calculer l'énergie nucléaire de cette façon car les lois fondamentales de la force dite "forte" sont inconnues, mystère et boule de gomme.

Eh bien, moi je l'a trouvé: les forces en question sont connues de chacun d'entre vous. Dans le noyau atomique, les nucléons (nom générique des neutrons et protons mélangés) s'attachent tout bonnement par l'attraction électrique, équilibrée par la répulsion magnétique. Comme par hasard, la simple application de l'électromagnétisme, découvert il y a  deux siècles par les français Coulomb pour l'électricité et Poisson pour les moments magnétiques mais dont les physiciens nucléaires ne connaissent que la répulsion entre protons.

Les protons sont chargés positivement et les neutrons ne sont pas vraiment neutres car ils contiennent des charges électriques de somme nulle. C'est exactement pareil que lorsqu'on attire des bouts de papier avec un stylo frotté, connu de tous les enfants mais ignoré des physiciens nucléaires qui croient que les nucléons peuvent orbiter comme la Terre autour du Soleil alors que le noyau n'a pas de soleil.

Il ne suffit pas d'attirer les protons, il faut aussi une force capable d'équilibrer l'attraction: c'est le magnétisme. En effet, les nucléons sont des tout petits aimants capables de créer une répulsion entre les nucléons et, donc d'équilibrer l'attraction électrique.

Comme par hasard, le calcul donne l'énergie de liaison du plus simple des noyaux, celui de l'hydrogène lourd ²H et d'autre noyaux simples (détails dans d'autres pages de ce blog).

La force forte nucléaire est imaginaire.

 

dimanche 31 mai 2015

La force forte n'existe pas

La mystérieuse "force forte" alias LQCD, à côté de la plaque, disparaîtra comme le géocentrisme grâce à Copernic, Galilée et Képler, le phlogistique grâce à Lavoisier, l'éther grâce à Einstein et le modèle plum-pudding de J.J. Thomson grâce à Rutherford. Les lois de Coulomb et de Poisson sont méconnues des physiciens nucléaires, incapables de calculer même le noyau lié le plus simple, le deuton ou hydrogène lourd ²H, sinon par ajustement ad hoc, fitting… ce qui permet d'obtenir ce qu'on veut. Depuis les Curie, la France n'a plus contribué significativement à la physique nucléaire. Ci-dessous le graphique des potentiels électromagnétiques de ²H et ⁴He donnant, au palier horizontal, comme par hasard, leurs énergies de liaison, prouvant la nature électromagnétique de l'énergie nucléaire.

Equilibre 3_2Un simple raisonnement donne un résultat voisin. L'énergie potentielle électrique de l'hélium 4 (particule α ou ⁴He) est 4 fois plus importante que celle du deuton (hydrogène lourd ²H) car il a 4 liaisons neutron-proton au lieu d'une dans le deuton. Il faut aussi tenir compte de la répulsion magnétique, qui n'est pas de 4 mais de 3/2. La répulsion étant relativement plus faible, on doit multplier 4 par 3/2, soit 6 MeV pour une valeur expérimentale de 7 MeV.

Diffusion dite "anormale" de Rutherford

Je viens d'obtenir une nouvelle preuve de la nature électromagnétque de l'énergie nucléaire. En effet, j'ai trouvé que la diffusion dite "anormale" de Rutherford était magnétique, de même que la diffusion "normale" de Rutherford est électrique. Dans une présentation log-log, on obtient une droite pour chacune des courbes. Le rapport de leurs pentes est en effet de 3 comme entre les lois de Coulomb, en 1/r, et de Poisson, en 1/r³:

Rutherford_singularity

Pour plus de détails, voir ma présentation à Dubna, le centre nucléaire russe (http://isinn.jinr.ru/past-isinns/isinn-22/progr-27_05_2014/Schaeffer.pdf):