Neutron

Le neutron, compagnon neutre du proton …

Le neutron est avec le proton un des deux constituants du noyau de l’atome. Le rôle des neutrons et des protons à l’intérieur des noyaux est si symétrique que les physiciens ont l’habitude de les considérer comme deux états d’une même particule, le nucléon. On peut dire du neutron que c’est un proton qui a perdu sa charge électrique. L’absence de charge électrique a d’importantes conséquences.

A très courte distance, au contact les uns des autres, les neutrons et les protons sont soumis de manière équivalente aux forces qui agglomèrent les nucléons pour former les noyaux. Partenaires, protons et neutrons y jouent un rôle symétrique. Cependant, les neutrons, électriquement neutres, ne subissent pas la répulsion d’origine électrique que subissent les protons du fait de leur charge électrique.

Cette répulsion croit avec le nombre de protons donc avec la taille du noyau. La Nature a recours à un excès de neutrons pour compenser cette répulsion. Cet excédent est de plus en plus accentué quand les noyaux deviennent gros. C’est ainsi que le noyau naturel le plus lourd, l’uranium-238, comporte 136 neutrons contre 92 protons.

Dans la matière nucléaire, le neutron est stable, mais il est instable à l’état libre, sorti du noyau. En effet, le neutron est un peu plus lourd que le proton. Cet excédent de masse, donc d’énergie selon la relation d’Einstein, est suffisant pour qu’il puisse se transformer en proton accompagné d’un électron et un  antineutrino.

Des neutrons se transforment aussi en protons à l’intérieur de certains noyaux quand ils sont trop nombreux : c’est l’origine de la  radioactivité bêta.

La durée de vie moyenne du neutron à l’état libre est de l’ordre du quart d’heure (une durée assez courte, mais une éternité en physique des particules). On ne trouve donc pas de neutrons libres dans notre environnement, en dehors de ceux fraîchement formés, issus du rayonnement cosmique dans la haute atmosphère ou générés par les réacteurs.

L’agent des réactions nucléaires

Le neutron étant neutre n’est pas repoussé par la charge électrique des noyaux. Il constitue un projectile de choix pour produire des réactions nucléaires, comme le remarqua Rutherford quand il suggéra en 1920 l’hypothèse « d’une sorte d’atome neutre qui ne serait pas de l’hydrogène ». Son intrusion peut rompre l’équilibre délicat des nucléons et déclencher des réactions nucléaires, dont la plus connue est la réaction de fission de l’uranium.

Des neutrons sont libérés en abondance dans le cœur des réacteurs nucléaires, à la suite de réactions en chaîne de fission . La science des flux de neutrons s’appelle la neutronique. La maîtrise de ces flux est un art dont dépendent la bonne marche et la sûreté des réacteurs.

On utilise aussi des sources de neutrons pour produire des atomes radioactifs pour des applications médicales, industrielles ou de laboratoire. Le fait que le neutron soit neutre, empêche de l’accélérer et de le guider par des champs électriques et magnétiques. Il n’existe pas d’accélérateurs de neutrons.