La force nucléaire forte

La force nucléaire forte

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 :

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

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.

Origine de la 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, 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 nucléaire forte

  Le prix Nobel de physique a été attribué en 2004 à trois américains qui auraient "expliqué" la force forte. Il faut noter que Rutherford ne l'a pas eu pour sa découverte du noyau atomique (il l'avait eu 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). 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 de l'hydrogène lourd ²H comme la théorie de Bohr de l'atome d'hydrogène H. Il 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 trouvée. 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 qui 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":

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 doit faire appel à l'hypothétique "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 R_N d'un nucléon, proche du rayon mesuré d'un nucléon (coincidence?). En résolvant l'équation on obtient le potentiel U(r) = ± g²exp(-r/R_N)/r. Yukawa utilise λ = 1/R_N, 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 nucléaire 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 les constantes universelles associées suffisent pour calculer l'énergie nucléaire, c’est-à-dire la masse des noyaux atomiques. 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). 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

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 - αm_pc² où α = e²/(2ε₀hc) = 1/137 est la constante de structure fine, c la vitesse de la lumière et m_p 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 αm_pc², que j'ai découverte, est l’équivalent nucléaire de la constante de Rydberg ½α²m_ec². 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 αm_pc² = 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^-1m_p/m_e=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:

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:

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:

r_np 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. μ_n          = 0,97. 10^-26 J.T^-1 moment magnétique du neutron
3. μ_p          = 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 μ_n et  μ_p 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. 

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 :

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.

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:

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 αm_pc² 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 :

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 officielles 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. 

 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^⅓ 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 αm_pc² 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.

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.

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 et 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 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. 

"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, e, 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. 

Objections de la revue Nuclear Physics A

"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)

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 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.

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.