Chapitre 16
Noyau atomique et structure
hyperfine des niveaux électroniques
16.1 CARACTÉRISTIQUES DU NOYAU ATOMIQUE
16.1.1 Proton et neutron
Nous avons considéré, au cours des chapitres précédents, que le noyau d’un atome
était une charge ponctuelle engendrant un potentiel électrostatique en 1/r. Cette hypothèse permet d’obtenir nombre de résultats théoriques qui rendent bien compte
d’une grande partie des données expérimentales, et plus particulièrement spectroscopiques, mais elle est insuffisante pour expliquer la décomposition des raies de
structure fine d’un spectre, décomposition qu’on observe avec un spectrographe à
grande résolution et qu’on appelle la structure hyperfine du spectre.
Pour expliquer cette nouvelle décomposition des niveaux d’énergie électroniques
d’un atome, il faut étudier plus précisément les propriétés du noyau atomique afin de
réaliser une théorie des interactions noyau-électrons.
D’autre part, le noyau atomique constitue en lui-même un système complexe dont
la théorie relève de la mécanique quantique et comporte des développements encore
relativement récents.
Les noyaux atomiques sont constitués d’un ensemble de protons et neutrons, le
nombre de protons étant égal à celui des électrons pour un atome électriquement
neutre. Le nombre A de nucléons (protons et neutrons) est appelé le nombre de masse.
Si Z est le nombre d’électrons, le nombre N de neutrons est égal à N = A − Z pour
Noyau atomique et structure
hyperfine des niveaux électroniques
16.1 CARACTÉRISTIQUES DU NOYAU ATOMIQUE
16.1.1 Proton et neutron
Nous avons considéré, au cours des chapitres précédents, que le noyau d’un atome
était une charge ponctuelle engendrant un potentiel électrostatique en 1/r. Cette hypothèse permet d’obtenir nombre de résultats théoriques qui rendent bien compte
d’une grande partie des données expérimentales, et plus particulièrement spectroscopiques, mais elle est insuffisante pour expliquer la décomposition des raies de
structure fine d’un spectre, décomposition qu’on observe avec un spectrographe à
grande résolution et qu’on appelle la structure hyperfine du spectre.
Pour expliquer cette nouvelle décomposition des niveaux d’énergie électroniques
d’un atome, il faut étudier plus précisément les propriétés du noyau atomique afin de
réaliser une théorie des interactions noyau-électrons.
D’autre part, le noyau atomique constitue en lui-même un système complexe dont
la théorie relève de la mécanique quantique et comporte des développements encore
relativement récents.
Les noyaux atomiques sont constitués d’un ensemble de protons et neutrons, le
nombre de protons étant égal à celui des électrons pour un atome électriquement
neutre. Le nombre A de nucléons (protons et neutrons) est appelé le nombre de masse.
Si Z est le nombre d’électrons, le nombre N de neutrons est égal à N = A − Z pour