Lois Fondamentales de la Physique Nucléaire:

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.

La 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).

On 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.