P30 RADIOACTIVITE
En 1913, Niels Bohr découvrit que ceux sont les noyaux des atomes (et non les atomes ou leurs électrons) qui sont responsables de la radioactivité.
La radioactivité correspond au fait que, au fil du temps ("période radioactive"), plusieurs noyaux se transforment en d'autres noyaux plus stables, avec émission de rayonnement ou de particules. On parle de "transmutation" de la matière.
En effet, certains noyaux sont instables, car ils contiennent trop d'énergie. Or un système a toujours tendence à se débarasser d'un trop plein d'énergie.
Exemple : La pomme, en tombant, transforme une partie de son énergie de départ, dite "potentielle" en énergie cinétique, de "mouvement". Lorsqu'elle s'immobilise sur le sol, son énergie cinétique redevient nulle, et son énergie potentielle prend une valeur moindre que sa valeur initiale.
La chute a permis de rejoindre un état plus stable, dans lequel l'énergie potentielle est plus faible.
La radioactivité, c'est un peu la même chose, avec une force beaucoup plus intense qui relie les éléments constitutifs du noyaux des atomes.
En émétant des particules, un noyau radioactif se transforme en un autre plus stable, et sa masse totale des objets produits est plus faible que la masse du noyau de départ.
Une partie de la masse se transforme en énergie, empotée par les particules produites par la transmutation.
C'est d'ailleurs l'équivalence matière et énergie qui est décrite par Einstein avec E=mc².

Vers 1930, les physiciens ont compris que tout noyau d'atome est composé de protons et de neutrons.
Les protons ont une charge électrique positive, ce qui les fait se repousser mutuellement via la force électrique. Mais s'ils sont très proches, comme au sein du noyau, la force nucléaire, plus puissante encore, tend à les maintenir ensembles.
Les neutrons n'ont pas de charge électrique, ils ne ressentent que la force nuléaire, qui les relient aux neutrons et aux protons.
Schématiquement, si les protons et neutrons sont en nombre tel que la force nucléaire et la répulsion électrique se compensent, alors le noyau est stable. Dans le cas contraire, le noyau est radioactif.

La radioactivité alpha, correspond à une radioactivité avec rayonnement de particules alpha, constituée de deux protons et de deux neutrons. Certains noyaux trop riches à la fois en neutrons et en protons, sont radioactifs. Les deux protons et les deux neutrons de la particule alpha sont plus soudés les uns aux autres qu'is ne l'étaient dans le noyau dont ils sont issus.
La radioactivité béta, correspond à une radioactivité avec emission d'un électron. Elle concerne les noyaux trop riches en neutrons. Pourquoi ne se stabilise-t-ils pas en émétant un neutron spontanément? Ce ne serait pas rentable d'un point de vue énergétique, le nouveau noyau et le neutrons auraient plus d'énergie que le noyau de départ. En réalité, un des neutons est transformé en proton, qui reste au sein du noyau, c'est la désintégration béta du neutron. Elle s'accompagne de la création d'un électron, qui ne pré-existait pas à ce processus, et qui sort du noyau. Un noyau peut fort bien émettre une particule qu'il ne contenait pas avant qu'elle ne soit émise (ètes-vous sûr que votre tube de dentifrice contienne du dentifrice?).

La radioactivité gamma, correspond à une radioactivité avec rayonnement de rayons gamma, de même nature que la lumière (photon) mais de très haute énergie (fréquence). En général, elle se produit après une émission alpha ou béta, lorsque celles-ci n'ont pas permis d'évacuer toute l'énergie excédentaire. Le noyau obtenu à la première étape a encore de l'énergie à perdre. La radioactivité gamma intervient alors, elle ne modifie par la composition en protons et neutrons du noyaux, contrairement aux autres.

La période d'un atome radioactif lui est intrinsèque (lié à la composition du noyau) et n'est pas soumise à l'environnement (chaleur, chimie, force mécanique). Les atomes radioactifs finisent donc par mourrir, mais cet instant est rigoureusement aléatoire. La seule certitude, c'est qu'il y a une chance sur deux qu'il ait disparut lorsqu'une durée égale à une période se sera écoulée (valeur strictement statistique).


P52 FORCE FONDAMENTALES
La gravitation : Attractive et de portée infinie. Son intensité est beaucoup plus faible que les autres force, on peut la négliger à l'échelle de particules. Si elle est si importante à notre échelle c'est qu'elle est cumulative (l'union fait la force) : l'interaction gravitationnelle entre un proton de notre corps et un proton de la Terre est infime, mais celle de tous les protons de notres corps (qui sont liés) et tous ceux de la Terre, est égale à notre poids.
La particule associé à cette force est le graviton, non encore mis en évidence expérimentalement.

L'électromagnétisme : Beaucoup plus intense que la gravitation, et de portée infinie. Mais étant tantôt attractive tantôt répulsive (selon la charge électrique positive ou négative), ses effets cumulatifs sont annulés à grande distance du fait de la neutralité globale de la matière.
Elle assure la cohésion des atomes, de molécules (via les électrons), gouverne toute la chimie, et l'optique (la lumière est constituée d'ondes électromagnétiques, structurées en photons) et fait fonctionner tous nos appareils électriques.
Sa particule est le photon, dit "virtuel" car non encore visualisé lorsqu'il est échagé entre deux particules chargées.

Force nucléaire faible : De porté très courte, c'est une force "de contact" (comme la colle glue).
Ses trois particules médiatrices sont lourdes (force forte), et ont été mises en évidence en 1984 au CERN.

Force nucléaire forte : La plus forte de toutes les forces, mais d'une portée très courte. Elle colle les protons et neutrons dans le noyau.  Toutes les particules ne subissent pas cette force.


P60 ANTI-MATIERE
Des positrons, anti-particules des électrons furent détectés en 1932 dans le rayonnement cosmique par Carl Anderson. On sait aujourd'hui qu'à tout type de particule (par exemple l'électron) est associé un type de "particule-mirroir" (le positron) de même masse et de charge électrique opposé.
Lorsqu'une particule rencontre son anti-particule, les deux particules se transforment en une sorte d'énergie pure, qui se "matérialise" (voir vide quantique) ensuite très rapidement en d'autres particules et antiparticules. Le préfixe "anti-" est à prendre dans le sens d'antipode ("l'autre de", le pôle nord est à l'antipode du pôle sud) et non pas dans le sens d'anti-douleur ("contre ce").
Les physiciens ont compris que l'existance de l'anti-matière est liée au principe fondamental de causalité, qui ordonne les évènements dans le temps, et interdit toute modification d'un évènement du passé. L'apparition des énergies négatives dans les solutions de l'équation de Dirac, exprimait l'impossibilité de remonter dans le passé.


P63 PARTICULE / METRO
Les quarks (qui forment les protons et neutrons du noyau) sont reliés par la force nucléaire faible. Cette force s'exerce via un échange entre quarks d'une particule, le gluon. Il existe huit sortes de gluons. Les échanges incessants produisent une sorte d'enchevêtrement entre quarks et gluons, capable d'assurer une stabilité (relative) du noyau. 
La force fonctionnant "comme un élastique", les gluons et les quarks sont d'autant plus libres qu'ils sont tassés les uns contre les autres. De quoi faire réver les voyageurs du métro parisien à l'heure de pointe. Mais ils ne peuvent s'échapper, car l'énergie qu'il faudrait trouver pour cela augmente très vite avec la distance de séparation. Tout quark qui s'échappe a tentande à s'entourer d'autres quarks, de sorte qu'on ne voit jamais un quark seul. 


P72 LHC (accélérateur de particules)
Deux faisceaux de dimension infimes, parcourant en sens inverse en 11245 fois/seconde un anneau de 27 kilomètres de circonférence à une vitesse quasiment égale à celle de la lumière, se percutent frontalement en des lieux parfaitement déterminés.
Répartis tout au long de l'anneau, 1252 aimants dipolaires supraconducteurs de 15 mètres de long, refroidis à l'hélium superfluide, au champ magnétique très élevé, guident les protons sur leur trajectoire circulaire, tanfis que des cavités radiofréquence supraconductrices leur confère l'énergie requise, de l'ordre de celle d'un moustique en vol.