Vous avez sans doute appris tôt dans votre enseignement des sciences que des charges opposées attirent et charges identiques se repoussent les uns les autres. Le modèle planétaire de Niels Bohr présente le noyau chargé positivement entouré d'électrons chargés négativement. Les particules chargées opposées attirent les uns des autres, d'une manière analogue à l'attraction de la gravité entre le soleil et ses planètes satellites. Cette description extrêmement simplifiée est au moins assez satisfaisante pour expliquer pourquoi les électrons bourdonnent autour du noyau et de ne pas voler dans l'espace, mais il ne soulève la question: ce qui tient le noyau ensemble?
Les quatre forces fondamentales
Il y a quatre forces fondamentales dans l'univers. La force nucléaire forte (ou, tout simplement "force forte"), la force nucléaire faible ( «force faible»), la force électromagnétique et la gravité. La gravité est si faible qu'il est pratiquement sans importance à un niveau atomique ou subatomique, mais il est d'une immense importance à un niveau macroscopique. La force nucléaire faible, tout en important dans la physique des particules de pointe, ne sont généralement pas étudié dans les études préliminaires de forces atomiques. La force nucléaire forte et la force électromagnétique sont, en revanche, essentiel pour comprendre ce qui tient les atomes ensemble.
La force électromagnétique dans le Nucleus
Le noyau contient des protons chargés positivement, et les neutrons, qui sont sans charge électromagnétique. Il n'y a aucune force électromagnétique tenant un proton et le neutron ensemble et l'attraction due à la gravité est pratiquement insignifiante. Deux protons sont fortement repoussés par les unes aux autres. Si la distance entre deux objets attirés ou repoussés par les forces électromagnétiques est augmentée, la force est réduite par un carré de ce facteur. Par conséquent, si la distance est doublée, la force entre eux est réduite par un facteur de quatre. Si la distance est réduite de moitié, elle est augmentée par un facteur de quatre. Protons dans un noyau sont très proches et fortement repoussent.
La force forte
La répulsion électromagnétique entre protons dans un noyau est extrêmement forte. La force de les tenir ensemble en dépit de cette répulsion électromagnétique est appelé la force nucléaire forte, ou tout simplement la force forte. Comme la force électromagnétique, elle diminue avec la distance, mais la force forte diminue beaucoup plus rapidement avec la distance, et devient beaucoup plus forte à courte distance. Si vous deviez apporter deux protons proches l'un de l'autre, la répulsion électromagnétique entre eux augmenterait de façon exponentielle jusqu'à ce qu'ils étaient extrêmement rapprochés, à quel point l'attraction en raison de la force forte, incroyablement fort sur de courtes distances et extrêmement faible à de plus grandes distances, permettrait de surmonter la répulsion électromagnétique.
La force électromagnétique entre le noyau et les Electrons
Le modèle planétaire de l'atome popularisé par Niels Bohr représente les électrons en orbite autour du noyau d'une manière analogue aux planètes en orbite autour du soleil. Au lieu de la gravité, la force de maintien des satellites en place est la force électromagnétique. Ceci est une description considérablement simpliste, et les forces régissant "l'orbite" de l'électron du noyau sont beaucoup plus complexes que celles qui régissent le mouvement d'une planète autour d'un soleil. Les électrons chargés négativement sont attirées par la force électromagnétique sur le noyau chargé positivement de manière à peu près semblable au mouvement des planètes tenues en orbite par l'attraction gravitationnelle. Cette description devra être révisée et complétée comme vous plonger plus dans les mystères de l'atome.