Quelle est la masse d’un neutron ?

Le neutron est l’une des particules fondamentales. Avec les protons, les neutrons former un noyau d’un atome. Contrairement aux protons, qui ont une charge électrique positive, les neutrons sont électriquement neutres.

La théorie de l’existence possible de neutrons a été proposée par le physicien britannique Ernest Rutherford en 1920. Ces particules ont été prouvées expérimentalement en 1932. Avant cela, on croyait que les atomes étaient composés uniquement de protons et d’électrons.

Nous savons maintenant que les neutrons et les protons forment le noyau d’un atome et que leur nombre total détermine les propriétés chimiques et physiques de chaque élément chimique.

De plus, les scientifiques ont déterminé qu’un même élément chimique contient toujours un nombre identique de protons et d’électrons, mais peut contenir des nombres différents de neutrons. Ces différentes versions d’un même élément chimique sont appelées isotopes. Leurs propriétés chimiques restent très similaires, mais leurs propriétés physiques changent. Un nombre différent de neutrons signifie que les isotopes ont également des masses différentes.

Quelle est la masse d’un neutron ?

La masse d’un neutron est 1,674 * 10^-27 kg ou, de manière équivalente, 1,008 unités de masse atomique.

Comment les scientifiques le calculent-ils ? La technique standard, la spectrométrie de masse, qui permet de déterminer le rapport masse sur charge, ne fonctionne pas car les neutrons n’ont pas de charge électrique. Les scientifiques doivent utiliser des méthodes plus sophistiquées.

À cette fin, ils s’appuient sur la masse du deutérium, un isotope de l’hydrogène, composé d’un proton, d’un neutron et d’un électron. La masse d’un électron est extrêmement petite par rapport aux masses du neutron et du proton. Par conséquent, la masse du neutron peut être trouvée en déduisant la masse d’un proton de la masse du deutérium.

Comment la masse d’un neutron a-t-elle été mesurée ?

Vous ne pouvez pas mesurer la masse d’un neutron en comptant sa charge, car il n’en a pas. Vous ne pouvez pas non plus isoler un seul neutron ou un groupe d’entre eux, puis prendre leurs mesures de masse. Alors, comment connaît-on la masse d’un neutron ?

C’était calculé expérimentalement par James Chadwick, le même physicien qui a découvert ces particules fondamentales. Il utilise une réaction nucléaire au cours de laquelle un isotope stable du bore-11 est excité à l’aide de rayons alpha (particules d’hélium-4) provenant du polonium radioactif. Au cours de ce processus, des isotopes d’azote 14 se sont formés tout en émettant un neutron résiduel.

Les masses précises de bore-11, d’hélium-4 et d’azote-14, ainsi que l’énergie maximale du neutron excité par les rayons alpha sont connues. Chadwick a utilisé ces données pour calculer la masse d’un neutron.

Un neutron est-il plus lourd qu’un proton ?

Oui, sa masse est plus grande. La masse d’un neutron est un peu plus grande que la masse d’un proton. Ce dernier a une masse de 1,0073 unités de masse atomique.

Pourquoi les neutrons sont-ils plus lourds ? Afin de répondre à cette question, nous devons comprendre la structure de ces particules.

Ils sont composés de particules élémentaires plus petites appelées quarks. Globalement, il existe six types de quarks, mais les neutrons et les protons sont composés de deux : les quarks up et down. Le quark up a une charge de +2/3 et le quark down de -1/3.

Le proton est composé de deux quarks up et d’un quark down, et le neutron de deux quarks down et d’un quark up. Mais la masse du quark down est supérieure à celle du quark up. Par conséquent, la masse d’un neutron est plus grande.

Quel est le rôle des neutrons dans les atomes ?

Le rôle des neutrons dans les atomes est de stabiliser les noyaux. Quelle est la raison pour laquelle une telle stabilisation est nécessaire ?

Tous les protons ont la même charge électrique. En essayant de les mettre dans le même noyau, ils se repoussent électrostatiquement. Plus ils sont proches, plus la force de répulsion devient forte. En même temps, les protons s’attirent par force nucléaire forte – cependant, cette force n’est pas suffisamment forte pour vaincre la répulsion électrostatique.

C’est ainsi que se produit la désintégration bêta-moins radioactive. Crédit image : Inductiveload via Wikimedia, domaine public

C’est là qu’interviennent les neutrons. Les neutrons et les protons s’attirent également par la force nucléaire forte, mais il n’y a pas de répulsion entre ces particules, car le neutron ne contient pas de charge électrique. Après avoir ajouté un neutron ou deux à une paire de protons, la force d’attraction devient supérieure à la répulsion.

Pouvez-vous ajouter encore plus de neutrons à un atome ? Oui, vous pouvez. Cependant, les isotopes des atomes deviennent alors radioactif.