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Catégorie > Physique chimie et Mathématique

Les noyaux émettent-ils des photons?

Posté par Amilton le 25/07/2020 à 11:11:00

En général, dans les manuels, on dit que lorsqu'un électron passe d'un état à haute énergie à un état à plus basse énergie, il émet des photons. Ma question est la suivante: est-il possible qu'un proton qui passe d'un état à haute énergie à un état à plus faible énergie émette également des photons?


Posté par Vadin le 25/07/2020 à 11:16:29

Les noyaux émettent des rayons gamma, qui sont des photons de haute énergie. Les photons émis lorsque l'électron dans un atome change son état d'énergie sont généralement dans le spectre optique, qui sont plus fréquemment rencontrés dans la technologie et la vie réelle, c'est pourquoi ils reçoivent plus d'attention dans les manuels.

Remarques
Pour souligner pourquoi les photons sont moins «importants» pour les noyaux que pour les atomes:

Nature des interactions Il convient de noter que les atomes, les solides et les molécules sont maintenus ensemble par l'interaction coulombienne (c'est-à-dire par des forces électromagnétiques), c'est pourquoi leur dynamique structurelle est fortement couplée aux photons - les particules porteuses de cette interaction. Les forces nucléaires sont de nature différente - bien que les photons jouent un rôle, ils ne sont qu'une des nombreuses particules impliquées.
Taille Les protons de particules chargées doivent être couplés au champ EM. La force de cette interaction est proportionnelle au moment dipolaired=rne, où rn≈10−15m (un Fermi) est le rayon nucléaire qui est beaucoup plus petit que le rayon d'un atome ra≈10−10m(un Angström). En d'autres termes, le couplage des protons au champ de photons est105 fois plus faible.
Les protons de masse et les neutrons portent tous deux un spin et pourraient se coupler au champ électromagnétique via le couplage Zeeman. Cependant, leur masse est environ mille fois plus grande que celle des électrons, ce qui entraîne un rapport gyromagnétique mille fois plus petit (c'est-à-dire que le magnéton nucléaire est mille fois plus petit que le magnéton de Bohr), c'est-à-dire que le couplage est faible.
Enfin, voici une référence faisant autorité sur le sujet: Interaction des noyaux avec le rayonnement électromagnétique

Citation
La citation suivante est tirée du livre "Fundamentals in Nuclear Physics" de Besdevant, Rich and Spiro :
While the numbers(A,Z) ou(N,Z)définissent une espèce nucléaire, ils ne déterminent pas uniquement l'état quantique nucléaire. À quelques exceptions près, un noyau(A,Z) possède un riche spectre d'états excités qui peuvent se désintégrer à l'état fondamental de (A,Z)en émettant des photons. Les photons émis sont souvent appelés yγ-des rayons. Les énergies d'excitation sont généralement de l'ordre de MeV et leurs durées de vie sont généralement de l'ordre de10−9–10−15s. En raison de leurs énergies élevées et de leur courte durée de vie, les états excités sont très rarement vus sur Terre et, lorsqu'il n'y a pas d'ambiguïté, nous désignons par(A,Z) l'état fondamental du noyau correspondant.

Posté par Thomas Fritsch le 25/07/2020 à 11:20:29

Lorsque les noyaux sont dans un état excité et se désintègrent, ils libèrent souvent des photons (presque toujours dans les énergies gamma / rayons X). Un bon exemple de ceci est la désintégration des isomères nucléaires métastables .

Posté par TJ Luoma le 25/07/2020 à 11:22:58

La réponse simple est oui. Voici un exemple concret où cela est important.

Pour produire un «signal», le scanner IRM interagit avec les protons du corps. Les protons orientés aléatoirement s'alignent sur le puissant champ magnétique dans l'alésage du scanner. Une séquence d'impulsions de radiofréquence qui se répète rapidement - produite par le scanner - provoque alors une «excitation» et une «résonance» des protons. Au fur et à mesure que chaque impulsion radiofréquence est supprimée, les protons «se détendent» pour se réaligner avec le champ magnétique, et ce faisant, ils émettent un «signal» radiofréquence qui est détecté par le scanner et transformé en une image.

Il peut également être intéressant de mentionner comme couche supplémentaire d'informations que les quarks à l'intérieur du proton excitent également de manière similaire à un électron. Ils ne portent pas la même classe SPDF, mais forment à la place des résonances [Nucleon] qui sont des états excités de protons / neutrons. C'était la base de mon travail de doctorat. Dans ce cas, ils émettront principalement des particules au lieu de photons (donc des pions, des Kaons, de nouveaux nucléons, etc.)


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