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Le terme nucléon - qui vient du latin « nucleus » signifiant « noyau » - est employé pour évoquer, de manière générique et sans distinction, l'une des deux sortes de particules qui constituent le noyau d’un atome. Ainsi les protonsprotons, mais aussi les neutronsneutrons, sont-ils des nucléons - que les physiciensphysiciens ont longtemps considéré comme des particules élémentaires.

Mais ils savent désormais, et depuis la fin des années 1960, que les nucléons sont composés de particules plus petites, des quarks. Fortement liés par des gluonsgluons, vecteurs de celle que les chercheurs appellent l'interaction forte. Les nucléons appartiennent ainsi à la famille des hadronshadrons. Comme protons et neutrons renferment chacun trois quarks, les nucléons sont aussi à classer dans la sous-famille des baryonsbaryons.

En réalité, on trouve aussi dans les nucléons, un certain nombre de paires de quarks et d'antiquarks. Elles se forment par conversion de gluons. Et s'annihilent ensuite pour redonner des gluons.

Les réactions chimiques ne peuvent pas affecter le nombre de nucléons présents dans un atome. Seules les réactions dites nucléaires le peuvent. Une réaction de fission qui brise un gros noyau en des atomes plus petits. Ou une réaction de fusion qui, à l’inverse, rassemble deux petits noyaux en un gros. © VectorMine, Adobe Stock
Les réactions chimiques ne peuvent pas affecter le nombre de nucléons présents dans un atome. Seules les réactions dites nucléaires le peuvent. Une réaction de fission qui brise un gros noyau en des atomes plus petits. Ou une réaction de fusion qui, à l’inverse, rassemble deux petits noyaux en un gros. © VectorMine, Adobe Stock

Charge, masse, taille : les caractéristiques des nucléons

Il est aussi à noter que proton et neutron ne portent pas la même charge électrique. Le proton, en effet, est composé de deux quarks upquarks up - de charge +2/3 de la charge d'un électronélectron - et un quark down - de charge -1/3 de la charge d'un électron. Ce qui lui confère une charge positive égale à celle de l'électron. Le neutron, comme son nom l'indique, est électriquement neutre. Car composé de deux quarks down et un seul quark up.

Autre différence entre proton et neutron : le premier est stable - sa duréedurée de vie est de l'ordre de 1030 années -, le second peut être considéré comme stable au cœur du noyau atomique. Sinon, sa durée de vie est de l'ordre de 15 minutes.

La taille d'un nucléon est de l'ordre de 10-15 mètre. Soit de l'ordre d'un femtomètre. Un millionième de millionième de millimètre ! La massemasse d'un nucléon est, quant à elle, de l'ordre de 10-27 kilogramme. Un millième de milliardième de milliardième de milligramme ! Cela ne semble rien, mais c'est tout de même environ 2.000 fois plus que la masse de l'électron, l'autre constituant des atomes. De fait, la masse des nucléons d'un atomeatome arrive généralement comme une bonne approximation de la masse atomique. C'est pourquoi le nombre de nucléons par atome - noté A, en haut à gauche du symbole de l'élément chimique correspondant - est qualifié de « nombre de massenombre de masse ». Et finalement, les nucléons comptent pour environ 99,97 % de la masse totale de la matièrematière.