suivent la statistique de Fermi-Dirac (théorème spin-statistique), qui décrit leur distribution statistique ;
sont assujettis au principe d'exclusion de Pauli, qui interdit à tout fermion d'un système d'avoir exactement les mêmes nombres quantiques qu'un autre fermion du système.
Le proton et le neutron sont deux particules presque identiques, excepté leur charge électrique, ce qui a permi à Werner Heisenberg (1901-1976), en 1932, de déduire que le proton et le neutron sont deux états d'une même particule (le nucléon), dont la masse ne diffère que par l'interaction électromagnétique : cette variation est due à un nombre quantique " interne ", appelé isospin.
Neutron
Le neutron est formé d'un quark up (charge $+2/3$) et de deux quarks down (2 x 1 charge $-1/3$), ce qui le rend bien neutre.
1. Sa masse ($m_n$) est de $939,56542\;MeV/c^2\approx1,67493\times10^{-27}\;kg$.
Proton, neutrons et antiparticules
(Figure : vetopsy.fr)Elle est 1,0014 fois plus importante que celle du proton.
La somme de la masse de ses trois quarks de valence est d'environ 9,6 MeV/c2 : le reste est attribué à l'énergie du champ des gluons (cf. masse des quarks).
elle change la couleur des quarks : la désintégration d'un quark down, de charge $-1/3$, en un quark up, de charge $+2/3$, est réalisée par l'émission d'un boson $W^-$ ;
1. Sa masse ($m_p$) est de $938,2721 MeV/c^2\approx1,67262\times10^{-27}\;kg$.
Sa taille n'est pas encore résolue à l'heure actuelle : $ 0,8418\;fm$ pour la taille de l'atome d'hydrogène muonique - dans lequel un muon remplace l'électron -, contre $0,877\;fm$ pour les mesures précédentes sans qu'on puisse expliquer pourquoi. Un femtomètre est égal à $10_{-15}m$.
2. Son nombre baryonique est égal à $1$ et sa charge de couleur est nulle : il est blanc, car formé de trois quarks de couleur différente.
5. Sa durée de vie est infinie ou $\approx10^{34}\;ans$, c'est-à-dire supérieur à l'âge de l'univers ($13,77\pm0,059$ milliards d'années ou $4,34\times10^{17}$ s).
Les nucléons n'interagissent pas par l'échange de gluons, car ils ne portent pas de charge de couleur : leurs trois quarks en sont pourvus, mais eux sont blancs.
Cette interaction attractive qui assure la cohésion du noyau dépend de l'échange de pions et garde ou non la nature des nucléons.
Nombres de nucléons
1. Le nombre atomique (Z) correspond au nombre de protons et définit l'identité de l'atome :
2. Le nombre de neutrons (N) peut varier : on parle d'isotopes (même nombre de protons, nombre différent de neutrons).
L'hydrogène a trois isotopes : l'hydrogène " classique " 1H (1 proton, 0 neutron : 99,9885% dans la nature), le deutérium2H (1 proton, 1 neutron) et le tritium3H (1 proton, 2 neutrons).
Le 12C, 98.93% dans la nature, est formé de 6 protons (qui définit le carbone - C -) et de 6 neutrons (6+6 = 12), le 14C, isotope radioactif à la base de la datation au carbone 14, est formé donc de 6 protons (C) et de 8 neutrons (6+8 = 14).
Tableau périodique des éléments (pour une grande taille cliquer sur ce lien)
(Figure : vetopsy.fr d'après 2012rc)
3. Le nombre de masse (A) représente le nombre de nucléons, c'est-à-dire la somme du nombre de protons (Z) et du de neutrons (N) constituant le noyau d'un atome (A=1 pour 1H, A= 14 pour 14C).
Comme on connait le nombre de protons grâce à l'identité de l'atome, on peut donc déduire le nombre de neutrons grâce au nombre de masse ( 14C : C = 6 protons, donc x = 14 -6 = 8).
Les propriétés des noyaux sont dépendantes de ce nombre de masse suivant qu'il est pair ou impair.
Les noyaux à nombre de masse impair sont moins stables que les autres.
Dans le modèle standard, la section efficace est une grandeur physique reliée à la probabilité d'interaction d'une particule pour une réaction donnée (section efficace p : 71).
Les quatre interactions fondamentales
(Figure : vetopsy d'après Observatoire de Paris / U.F.E.)
L'unité de section efficace est le mètre carré, mais le barn (b) est très souvent utilisé : 1 b=10−24 cm2= 10−28m2 (surface d'un carré de dix femtomètres de côté, i.e. diamètre d'un noyau atomique).
Dans un processus classique (par exemple, la lumière qui éclaire un objet) elle correspond à la surface perpendiculaire au flux des projectiles qui décrit la zone d’interaction autour de la cible.
Ajouter abitrairement des nucléons à un noyau ne conduit pas nécessairement à un noyau stable.
Il pourra alors émettre soit un neutron, soit un proton.