La cohésion des atomes et des molécules
Nous avons vu que la cohésion de l'atome est due à la force électromagnétique qui domine plus que largement la force gravitationnelle d'un facteur ~ 
, et qui confine ainsi ses électrons (de charge électrique 
) et son noyau (de charge électrique 
) dans une sphère de diamètre aussi restreint que ~ 
. Nous avons vu également que les liens qui se forment entre atomes et molécules (électriquement neutres) sont dus aussi à l'interaction électromagnétique : lorsque ces systèmes neutres se rapprochent, la distribution spatiale de leur charge électrique positive et négative est modifiée créant ainsi un dipôle électrique.
Les protons et les neutrons
Alors que l'électron est une particule élémentaire (non sub-divisible, de taille ~ 
) de la matière, le noyau emprisonne d'autres particules appelées nucléons de masse ~ 
; des protons de charge électrique 
en même quantité 
que le nombre d'électrons d'un atome afin d'assurer sa neutralité, et parfois des neutrons de charge électrique nulle. Ils sont restreints dans le noyau, soit dans un volume encore plus réduit que l'atome, c'est-à-dire sur des distances de ~ 
à ~ 
.
) étaient cassables en trois particules encore plus petites, des quarks (de taille ~ 
), considérés comme des particules élémentaires de la matière tout comme l'électron, mais ayant en sus une couleur (rouge, verte ou bleue).
Loi de conservation
), la force forte agit comme s'il y avait ressort entre les quarks : elle diminue avec la distance pour n'avoir quasiment plus d'effet lorsque les quarks s'approchent (ressort au repos), et augmente extrêmement fortement lorsque les quarks s'éloignent (ressort étiré) au point que les quarks restent toujours confinés à des distances de ~
(~taille d'un nucléon). Ainsi les quarks n'existent que liés en triplet, ces systèmes liés sont appelés des baryons.
Une forteresse gigantesque pour trois quarks...
. Chaque nucléon contient trois particules élémentaires (les quarks de taille 
) dont leur couleur est liée par la force forte. Deux quarks à une distance de 
, ressentent une force équivalente à celle d'une masse d'une tonne à la surface de la Terre. A des distances plus courtes, la force subie par les quarks décroit fortement au point de ne plus ressentir de force forte.
), quelle est la fraction d'espace libre minimale pour les trois quarks ?
.
avec 
à la surface de la Terre.
) cette force correspondrait-t-elle ?
.
. En agissant sur une portée typique de la taille d'un nucléon (
), elle confine les nucléons dans un espace restreint de ~
, appelé le noyau, telle de la super-glue.
Rapport de forces...
. Si la distance des protons augmente à 
, la force nucléaire forte décroit d'un facteur 105 alors que la force électrique seulement de 102, soit un facteur 1000 de différence ! Le noyau atomique constitue ainsi la base très solide de l'édifice de toute la matière.
liée à leur nombre 
de protons de charge électrique 
. Ainsi ajouter ou enlever des neutrons de charge électrique nulle dans le noyau atomique ne changera pas la neutralité de l'atome. Les noyaux ayant le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons sont appelés des isotopes.
, dans la notation d'un élément 
de matière (
) le nombre de neutrons est alors (
). Par exemple, le noyau d'hydrogène 1H a trois isotopes principaux : 
(0 neutron), le deutérieum 
(1 neutron) et le tritium 
(2 neutrons), le noyau de carbone a quatre isotopes principaux : 
(5 neutrons), 
(6 neutrons), 
(7 neutrons) et 
(8 neutrons).
.
où 
est la charge électrique de l'ion.