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Neutron

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Avec les protons, les neutrons forment le noyau d'un atome, celui-ci étant entouré d'électrons. © Argonne National Laboratory, Flickr, CC by-nc-sa 2.0

Le neutron est une particule neutre qui compose le noyau des atomes avec les protons. Pour cette raison, on l'appelle aussi, tout comme le proton, un nucléon. Il a été découvert en 1932 par James Chadwick.

Ce n'est pas une particule élémentaire, pas plus que le proton, car il est composé de trois quarks : deux quarks u et un quark d, dont les charges électriques valent respectivement +2/3 et -1/3. Les quarks sont confinés dans le neutron, comme dans le cas des protons, par le champ de force nucléaire forte décrit par la chromodynamique quantique (encore appelée QCD pour Quantum ChromoDynamics, en anglais).

Les membres de l'institut Laue-Langevin, leader mondial en sciences et techniques neutroniques, situé à Grenoble, expliquent ce qu'est un neutron. © ILL Laue Langevin, YouTube

La masse du neutron

Ce sont les analogues des photons de ce champ de force, appelés gluons, qui expliquent la masse du neutron et non pas le champ de Brout-Englert-Higgs. La masse du neutron vaut à peu près 939,5659 MeV/c2 ou 1,67493×10−27 kg. Celui-ci est ainsi 1,0014 fois plus massif que le proton.

Il s'agit d'un fermion, tout comme l'électron, le proton et les neutrinos. Son spin vaut ½. Les neutrons sont importants en astrophysique et en cosmologie pour comprendre la nucléosynthèse des éléments, la naissance et les propriétés des étoiles à neutrons, celles des pulsars et des magnétars qui en dérivent.

Si le nombre de protons dans un noyau indique à quel élément chimique on a affaire, le nombre de neutrons indique lui quel en est l'isotope. Les neutrons peuvent être instables dans certains noyaux et ils vont donc se désintégrer par radioactivité bêta.

Le prix Nobel de physique James Chadwick a découvert le neutron en 1932. Décédé en 1974, il a ainsi pu assister à la maîtrise de l'énergie nucléaire et à la montée en puissance de la technique de diffusion des neutrons. ©Gonville and Caius College

Les neutrons et les réactions nucléaires

Les neutrons interviennent aussi dans plusieurs réactions nucléaires dont celles de la fission et de la fusion. Ils sont à la base du mécanisme de réactions en chaîne utilisé pour faire fonctionner les réacteurs nucléaires et faire exploser les bombes A et H.

Des flux de neutrons lents, produits par des réacteurs nucléaires, sont utilisés pour étudier et caractériser des états de la matière condensée. Ainsi le rayonnement neutronique sert-il fréquemment à réaliser des expériences de diffusion et diffraction afin d'évaluer les propriétés et la structure de matériaux dans les domaines de la cristallographie, la physique de la matière condensée, la biologie, la chimie du solide, la science des matériaux, la géologie et la minéralogie.

On se sert aussi des émissions de neutrons pour détruire les tumeurs cancéreuses ainsi que dans le domaine de l'imagerie des pièces industrielles.