Proton

Le noyau de l’atome d’hydrogène se réduit à une particule unique, porteuse d’une charge électrique positive : le proton. La valeur de cette charge (appelée e) est 1,6 dix milliardième de milliardième de Coulomb, l’unité standard de charge électrique. Cette charge si infime est considérée comme élémentaire, car on ne connaît pas de corpuscules (hormis les quarks) possédant des charges plus petites et toutes les charges observées dans les atomes et les molécules en sont un multiple entier, positif ou négatif.

La charge du proton a exactement la même valeur que celle d’un électron, mais avec un signe opposé, ce qui assure la neutralité électrique des atomes. Les noyaux contiennent un certain nombre de protons, noté conventionnellement Z. Leur charge électrique est un multiple, Ze, de la charge e du proton.

Le proton n’est pas une particule élémentaire. Si on l’assimile à une petite sphère, la mesure de son rayon conduit à une valeur de l’ordre de 1 fermi, un millième de milliardième de millimètre. Sa masse est 1836 fois celle de l’électron. Elle reste très petite : 1,672 milliardième de milliardième de milliardième de kilogramme.

On sait depuis les années 1970, que le proton, comme le neutron, est composé de corpuscules, appelés quarks, maintenus par des forces attractives très intenses. Les quarks sont comme l’électron des corpuscules élémentaires. Ils sont dotés d’une charge d’un type nouveau que ne possèdent pas les électrons, appelée charge forte ou charge de couleur. Les protons et neutrons, malgré les quarks en leur sein, possèdent aussi une charge forte globalement nulle (dans le langage des physiciens ils sont sans couleur’‘).

Charge électrique et charge “forte”

Les charges électriques permettent de former des atomes, qui sont des assemblages de noyaux et d’électrons dont les charges positives et négatives se compensent. Les atomes se groupent en molécules (également électriquement neutres) en partageant des électrons porteurs de charges électriques.

De même, les charges « fortes » assemblent des quarks pour former deux espèces de nucléons, les protons et des neutrons. A l’intérieur des nucléons, ces charges fortes se compensent si bien que leur charge forte globale est nulle. Les nucléons se groupent en assemblages, les noyaux.

La force nucléaire qui assemble les constituants d’un noyau est très complexe. Résidu de forces plus intenses, elle a les caractéristiques d’une interaction de contact comparable à celle d’une colle. De la même façon que les atomes se groupent quant ils se touchent, les nucléons s’assemblent quand ils sont en contact. Ceci confère au noyau un aspect très compact, et explique que les forces nucléaires ne se font plus sentir à distance du noyau.

Si l’on essaye de faire un parallèle entre matière nucléaire et matière atomique, protons et neutrons jouent un rôle similaire à celui des atomes, les noyaux à celui des molécules.