Nous avons vu que les noyaux sont des systèmes de nucléons liés par la force forte nucléaire, donc extrêmement stables, c'est-à-dire peu susceptibles de se détacher sans intervention extérieure. Cela dit, on observe dans la nature des nucléons qui se séparent de manière spontanée pour former d'autres noyaux. Pour expliquer la manifestation de cette désintégration spontanée de certains noyaux (dits radioactifs) en d'autres noyaux, une autre force à distance doit être invoquée moins élevée que la force forte nucléaire, et elle doit agir sur les quarks. On l'appelle la force nucléaire faible. Elle agit sur une propriété de la matière autre que sa masse, sa charge électrique, ou sa charge de couleur : sa saveur.
Caractéristique de la matière : sa saveur
Les saveurs, contrairement aux trois autres forces à distance, ne sont pas liées de manière attractive ou répulsive par une force, mais elles sont transmutées par la force nucléaire faible. Elle agit à distance en convertissant la saveur d'un quark en une autre saveur. En particulier, pour les quarks, la saveur d'isospin, 
, peut prendre deux valeurs, 
ou 
.
Sa manifestation la plus courante est la radioactivité β qui transforme la saveur 
d'un quark en la saveur 
, ou vice-versa.
Loi de conservation violée
La saveur n'est pas conservée par la force nucléaire faible !
La force nucléaire faible ne lie pas la matière de manière attractive ou répulsive, mais elle la transmute !
Les quarks Up et Down
Un quark qui a 
est appelé un quark Up (haut), il est noté u, et un quark qui a 
est appelé un quark Down (bas), il est noté d. Par exemple, le proton est constitué de 2 quarks u et 1 quark d. Le neutron est constitué de 2 d et 1 u.
) (de charge électrique nulle, et de masse si faible que seule une limite supérieure a pu être mesurée à ce jour).
, et varie de 
à 
. Lors de la transmutation, d'autres particules de matière sont crées, qui permettent d'assurer la conservation de la masse-énergie, de la charge électrique, mais aussi du couple de saveur (u, d).
.
noyaux d'une même espèce à un moment donné, il en restera 
à un temps 
ultérieur. Lorsque 
, on parle de demi-vie d'un élément (
avec 
la constante de décroissante exponentielle) ou de période radioactive. Le nombre de désintégrations par seconde est mesuré en becquerel (Bq). Les périodes peuvent être de quelques secondes, de quelques minutes (le carbone-11 utilisé en médecine 
, 20 minutes), de quelques jours, de quelques années (le carbone-14 utilisé pour la datation, 
, 5730 ans), de l'âge du soleil (l'uranium-238 contenu dans le sol terrestre, 
, 
), voire supérieures à l'âge de l'univers (le calcium, 
, 
). De manière artificielle, on peut aussi créer de nouveaux éléments radioactifs.
La force nucléaire faible transmute les quarks
, un quark d de 
.
Quelques particules d'antimatière
) qui est 200 fois plus massique !
) est quasiment similaire au neutrino (
) de charge électrique nulle. Ayant une masse quasi nulle (seule une limite supérieure leur est attribuée), ils ont une probabilité extrêmement faibles d'interaction : ils traversent la matière sur de très grandes distances en n'étant quasiment pas affectés.
) est l'antiparticule du quark (
), de même masse, mais de charge électrique, de saveur et couleur opposées.
: la transmutation spontanée d'un neutron en proton émet le couple de particules électron-antineutrino électronique.
: la transmutation spontanée d'un proton en neutron émet le couple de particules positron-neutrino électronique.
: la transmutation d'un proton en neutron lors de la capture d'un électron par un noyau atomique émet un neutrino électronique.
contient 
d'atomes de potassium qui a trois isotopes : 
, et en particulier il contient 
d'atomes 
qui est un élément radioactif. Cet atome présente à 89 % une radioactivité 
par jour), combien en sont émis par l'activité naturelle et artificielle terrestre ?
neutrinos par jour)