À partir de métaux presque indestructibles, comme le tungstèneAux délicats nuages du ciel, les atomes composent tout ce qui nous entoure. Mais ces atomes se touchent-ils parfois ? Comme pour la plupart des sujets de physique atomique, la réponse est plus compliquée que ce à quoi on pourrait s’attendre.
Avant de pouvoir répondre à cette question, il est important de définir ce que nous entendons par « toucher », a déclaré Christophe Bairdprofesseur agrégé de physique à la West Texas A&M University.
« À l’échelle humaine, ce que nous entendons habituellement lorsque nous disons que deux objets se touchent, c’est que la surface extérieure bien définie d’un objet réside au même endroit que la surface extérieure bien définie de l’autre objet », a déclaré Baird à Live. La science dans un e-mail. « (Mais) ce type de contact n’a pas vraiment de sens à l’échelle atomique car les atomes n’ont pas de surfaces extérieures bien définies. »
Un atome n’est ni un objet solide ni la plus petite unité connue des scientifiques. Au lieu de cela, un atome est composé de plusieurs différentes particules qui interagissent selon des règles précises. À la base, un atome est un noyau entouré d’un nuage d’électrons.
Mais un examen plus approfondi révèle que ce noyau comprend des protons et des neutrons, constitués de particules appelées quarks et gluons. Les atomes de différents éléments ont un nombre différent de protons, de neutrons et d’électrons. Par exemple, un atome d’hydrogène possède un proton, un électron et zéro neutron, tandis que l’uranium possède 92 protons, 92 électrons et jusqu’à 146 neutrons. (Le nombre de neutrons dans un élément peut varier en fonction de l’isotope dont il s’agit.)
Le nuage d’électrons d’un atome rend difficile la détermination d’une limite exacte de « toucher », a déclaré Baird. Il est plutôt utile de le définir comme le point qui déclenche un effet physique ou chimique, tel que la création de liaisons chimiques. Cela peut se produire lorsque les nuages électroniques des atomes se chevauchent de manière significative, a-t-il expliqué.
« Ils se touchent lorsque les orbitales électroniques d’un atome se chevauchent suffisamment avec les orbitales électroniques de l’autre atome pour que des effets physiques ou chimiques commencent à se produire », a expliqué Baird. « C’est probablement l’une des meilleures définitions pour aborder l’échelle atomique. »
Ce « contact » peut être le résultat de différentes forces, notamment électromagnétisme, pesanteur et mécanique quantique. Les liquides et les solides se touchent généralement par la création de liaisons chimiques, a expliqué Baird, et les gaz se touchent en rebondissant les uns sur les autres.
Une autre forme de contact peut avoir lieu lorsque des particules entrent en collision à grande vitesse, comme dans un accélérateur de particules comme celui du CERN. Grand collisionneur de hadrons en Suisse, a déclaré Soleil de Zhiquandoctorant au Center for Theoretical Physics du MIT.
« Lorsque les atomes entrent en collision avec une énergie suffisamment élevée pour que leurs nuages d’électrons se chevauchent… les noyaux peuvent subir des collisions élastiques ou inélastiques », a déclaré Sun à Live Science dans un e-mail. « Si la collision est élastique, le noyau change simplement de direction, retrouve ses électrons et redevient le même atome qu’il était. Si les noyaux entrent en collision de manière inélastique, il se brise en protons et en neutrons, qui peuvent former des noyaux différents. »
Au CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire), les particules entrent en collision à des énergies très élevées pour les briser et même former de nouvelles particules subatomiques, comme le Boson de Higgs. Des collisions similaires ont probablement eu lieu dans univers primitif.
En fin de compte, même si les atomes ne se touchent pas de la même manière que nous, le contact atomique est ce qui constitue la vie telle que nous la connaissons, a déclaré Baird.
« Une chaise ou un rocher ne pourrait pas tenir ensemble sous la forme d’une chaise ou d’un rocher si les atomes de l’objet ne se touchaient pas par leurs liaisons chimiques », a-t-il déclaré. « Tous les effets matériels proviennent d’une certaine forme d’atomes qui se touchent, y compris des réactions chimiques, des vibrations, des ondes sonores, de la chaleur, etc. »
