UNIVERS
Le microcosme
Le microcosme peut être divisé en trois domaines : le domaine des particules élémentaires subnucléaires, le domaine nucléaire et le domaine atomique.
Domaine subnucléaire
Un nombre grandissant de particules élémentaires subnucléaires est découvert par les physiciens, qui parviennent à révéler la nature la plus intime de la matière observable. Cette matière est gouvernée par quatre interactions fondamentales (tabl. 1) : l'interaction forte (nucléaire), l'interaction faible (qui se manifeste par exemple par la désintégration du neutron en proton, électron et antineutrino), l'interaction électromagnétique et l'interaction gravitationnelle. Les particules subnucléaires ne sont sensibles qu'à l'interaction forte et à l'interaction faible, et cela permet de distinguer les deux principales familles de particules élémentaires : les leptons et les hadrons (tabl. 2). Les leptons regroupent les électrons, les muons et les leptons lourds τ, ainsi que les neutrinos correspondants : neutrinos électroniques, muoniques et tauiques. Ces particules interviennent obligatoirement dans les interactions faibles. Les hadrons regroupent les mésons π, qui sont constitués de deux quarks (particules élémentaires de charge ± 1/3 ou ± 2/3), les nucléons formés de trois quarks (le neutron et le proton) et les particules « étranges » plus lourdes comme les λ, les κ et les ω. Les interactions fortes ou nucléaires ne font intervenir que les hadrons entre eux (avec éventuellement libération ou absorption de photons).
Interactions fondamentales
Encyclopædia Universalis France
Marées galactiques
The Hubble Heritage Team/ ESA/ NASA
Domaine nucléaire
Les noyaux des atomes sont formés de nucléons (protons et neutrons) qui échangent entre eux des mésons π et, lorsque les noyaux se désexcitent, des photons dans le domaine gamma. Leur taille est de quelque 10—15 mètre et leur masse se compte en unités de 1,6 × 10—27 kilogramme. Leur masse volumique est très élevée : de 1016 à 1017 kilogrammes par mètre cube. On connaît environ 300 noyaux naturels stables regroupés en 92 éléments chimiques, allant de l'hydrogène à l'uranium, chaque élément étant caractérisé par un nombre de protons différent, donc par une charge différente régissant ses propriétés chimiques.
Domaine atomique
Les atomes (et les ions) sont des entités qui ne sont guère plus massives que les noyaux qu'ils contiennent : la masse des électrons qui gravitent autour des noyaux est négligeable. En revanche, les orbites électroniques, qui sont régies par l'interaction électromagnétique, s'étendent sur des distances de l'ordre de 10—12 mètre. La masse volumique des atomes « tombe » donc à des valeurs de l'ordre de 109 à 1011 kilogrammes par mètre cube. Les atomes et les ions peuvent interagir entre eux par réactions chimiques pour donner naissance aux molécules.
Les molécules existent partout dans l'Univers, non seulement dans notre environnement immédiat mais aussi dans des milieux apparemment hostiles (les densités et températures qui règnent dans les nuages moléculaires sont très faibles par rapport à celles que nous connaissons). Une catégorie particulière de molécules doit être spécialement mentionnée : les molécules organiques, régies par la chimie du carbone, et dont un sous-ensemble constitue les molécules prébiotiques (polyacides aminés) et biotiques (acides nucléiques ADN et ARN).
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Écrit par
- Jean AUDOUZE : directeur de recherche émérite CNRS, Institut d'astrophysique de Paris
- James LEQUEUX : astronome émérite à l'Observatoire de Paris
Classification
Médias
Constituants majeurs
Encyclopædia Universalis France
Distance dans l'Univers
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Friedrich Wilhelm Bessel
Bettman/ Getty Images
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