L'Univers: Sommaire

Le microcosme

Le microcosme peut être divisé en trois domaines : le domaine des particules élémentaires sub-nucléaires, le domaine nucléaire et le domaine atomique.

Domaine subnucléaire

Un nombre grandissant de particules élémentaires sub-nucléaires 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 sub-nucléaires ne sont sensibles qu’à l’interaction forte et à l’interaction faible, et cela permet en fait de distinguer les deux principales familles de particules élémentaires : les leptons et les hadrons (tabl. 2). Les leptons regroupent les électrons, les muons, les leptons lourds t et les neutrinos correspondants, neutrinos électroniques, muoniques et tauiques. Ces particules interviennent obligatoirement dans les interactions faibles. Les hadrons regroupent les mésons p, qui sont constitués de deux quarks (particules élémentaires de charge A 1/3 ou A 2/3), les nucléons formés de trois quarks (le neutron et le proton) et les particules « étranges » plus lourdes comme les l, les k et les y. Les interactions fortes ou nucléaires ne font intervenir que les hadrons entre eux (avec éventuellement libération ou absorption de photons).

Domaine nucléaire

Les noyaux des atomes sont formés de nucléons (protons et neutrons) qui échangent entre eux des mésons p et, lorsque les noyaux se désexcitent, des photons. Leur taille est de quelque 10-15 m et leur masse se compte en unités de 1,6 Z 10-27 kg. Leur masse volumique est très élevée : de 1016 à 1017 kg.m-3. On connaît environ 300 noyaux stables regroupés en 92 éléments chimiques, allant de l’hydrogène à l’uranium, chacun étant caractérisé par un nombre de protons différent, donc une charge différente régissant ses propriétés chimiques.

Domaine atomique

Les atomes (et les ions) sont des entités qui ne sont guère plus massives : 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 m. La masse volumique atomique « tombe » donc à des valeurs de l’ordre de 109 à 1011 kg.m-3. 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 « 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 pré biotiques (polyacides aminés) et biotiques (acides nucléiques ADN et ARN)