Contrairement à la plupart des autres pages de ce site, celle-ci s'adresse aux personnes qui possèdent non seulement une excellente connaissance de ondes stationnaires sphériques, mais aussi de l'atome. Bien évidemment, ces personnes devraient aussi avoir parcouru les pages précédentes de manière à savoir ce qu'elles proposent en ce qui concerne les électrons, les quarks et les champs gluoniques.

Ici encore, comme je l'ai mentionné à la page précédente, je ne fais que présenter des hypothèses basées sur la nature exclusivement ondulatoire de la matière. Il s'agit de démontrer que la structure du proton proposée ci-dessus justifie ses nombreuses propriétés.

Six électrons ou trois quarks ?

Ce qui étonne le plus dans les comptes-rendus qui traitent des quarks, c'est leur nature particulièrement insaisissable, évanescente. C'est à se demander si ces quarks existent vraiment. Pourtant, les observations indiquent assez nettement la présence de trois entités dont l'une semble quelque peu différente.

D'un point de vue géométrique, trois entités distinctes à peu près semblables devraient se situer sur un même axe ou sur un même plan, ce qui suppose dans tous les cas un axe bien défini que le proton ou le neutron ne possèdent manifestement pas. Or une structure faite de trois dipôles entrecroisés sur les trois axes orthogonaux permet de résoudre tout naturellement ce problème.

Le fait qu'il soit impossible de répartir le spin des six électrons de manière symétrique explique aussi que deux spin sur trois soient toujours orientés du même côté quelque soit le point de vue. Au contraire, les huit électrons périphériques de l'atome peuvent toujours équilibrer leur spin en alternance. La présence apparente de deux quarks up et d'un quark down, ou l'inverse, peut très bien s'expliquer par cette différence de spin, tout comme la charge dite de couleur. Puisque le spin est en fait la période de l'électron, et que la période des champs gluoniques au centre doit coïncider avec celle d'un positron, il est logique que la période apparente de l'ensemble se situe quelque part entre les deux, donc environ aux tiers. Ce n'est sans doute pas tout à fait exact, car tout dépend de l'intensité relative des ondes qui se composent, et donc de l'orientation de la particule au moment où la lecture a été faite.

Le point important, c'est qu'on obtienne une particule qui rayonne principalement dans six directions correspondant aux six faces d'un cube. En effet, chacun de ces trois axes rayonne des ondes dans les deux sens, à cause des trois champs gluoniques primaires plus puissants associés aux quarks. De plus, chaque électron produit avec ses quatre voisins quatre autre champs gluoniques secondaires dont le rayonnement entoure celui du champ primaire. On peut donc identifier dans l'espace intermédiaire huit autres directions qui sont exemptes de rayonnement, et celles-ci correspondent aux huit sommets d'un cube.

Des cônes d'ombre.

Entre chacune des neuf zones ou le rayonnement des champs gluoniques est le plus intense, il se produit une espèce d'entonnoir ou de tunnel noir, où le rayonnement est plus faible. On peut parler d'un cône d'ombre puisque la forme générale de ces entonnoirs est conique mais vaguement triangulaire à cause des trois champs primaires plus puissants qui les bordent.

Voici l'aspect qu'aurait un proton vu de l'intérieur de l'un des cônes d'ombre :

Ces huit cônes d'ombre permettront d'expliquer le nombre maximum de huit électrons sur la couche externe des atomes. On sait que ce maximum est atteint dans le cas des gaz nobles autres que qu'hélium et qu'un certain nombre de places sont laissées libres autrement. Cela permet d'expliquer le mécanisme concret des liaisons chimiques.

Les atomes sont des cuboïdes.

Les huit électrons périphériques d'un atome sont donc selon toute vraisemblance disposés sur les huit sommets d'un cube, dont certains sont laissés libres. Par exemple, les électrons périphériques du carbone sont au nombre de quatre, ce qui laisse quatre autres emplacements libres capables d'être occupés par les électrons d'autres atomes.

Conformément au modèle plum pudding de J. J. Thompson, le grand chimiste américain Gilbert Newton Lewis (1875-1946) prenait pour acquis que les électrons ne tournent pas autour du noyau de l'atome. Tout indique qu'il avait raison, et donc que Rutherford et Bohr avaient tort. Personne n'a jamais constaté que les électrons tournaient de cette manière : ce n'était qu'une théorie fondée sur une autre théorie, soit la mécanique quantique.

Lewis avait aussi compris dès 1902, soit il y a plus d'un siècle, que seuls les électrons périphériques d'un atome étaient responsables des liaisons chimiques. Il a bien vu que, puisque le nombre d'électrons sur cette couche ne dépassait jamais huit, et que leur répartition devait être uniforme, il fallait que ces électrons soient disposés sur les huit sommets d'un cube dans le cas des gaz nobles autres que l'hélium. Ce cheminement lui a permis de mettre au point une méthode qui explique à merveille les liaisons chimiques. Il suffit de considérer que les atomes sont des cubes capables de se partager leurs différents électrons en fonction des places libres.

Il s'agit purement et simplement d'un jeu de blocs qu'on peut assembler selon que leurs sommets sont occupés ou non par des électrons.

Cette méthode fonctionne tellement bien qu'elle est encore utilisée aujourd'hui. Le plus étonnant, c'est qu'elle correspond aux faits, et donc qu'elle constitue une preuve que les atomes se comportent réellement de cette manière. Et pourtant, on a rejeté cette hypothèse du revers de la main : aucun scientifique, y compris Lewis lui-même, ne semble avoir fait remarquer que des électrons qui tournent sur des orbites ne permettent plus d'expliquer les liaisons chimiques. Il faut voir sur l'Internet les contorsions qu'on imagine pour les justifier : c'est consternant. 

« The Eightfold Way ».

Par ailleurs, on sait que c'est M. Murray Gell-Mann qui a découvert les quarks vers 1960, et qu'il a présenté en 1964 une théorie qu'il a nommée The Eightfold Way, nom inspiré d'un symbole bouddhiste, le noble octuple sentier. Il y est question du chiffre 8 et d'un octaèdre régulier. Selon cette théorie le quark constitue la particule fondamentale capable de construire n'importe quelle autre particule plus volumineuse. C'est donc le cas du proton et du neutron, et selon Gell-Mann ceux-ci devraient avoir un lien avec l'octaèdre régulier. Or il est possible de placer un cube à l'extérieur d'un octaèdre en faisant coïncider ses huit sommets avec les huit faces de l'octaèdre. Le chiffre huit prend toute son importance ici.

Un tel octaèdre s'inscrit parfaitement dans un cube. Puisque les protons occupent le centre de l'atome, le lien entre l'octaèdre au centre et le cube en périphérie devient évident. C'est ce que l'animation affichée au début de cette page montre de manière non équivoque. Elle préfigure l'atome, qu'on étudiera à la page suivante.

L'effet d'ombre et la pression de radiation.

Il convient de rappeler ici un principe élémentaire décrit à la page sur la mécanique ondulatoire. Si, dans une direction donnée, un système rayonne autant d'énergie qu'il en prélève à même les ondes de l'éther, l'effet sera nul. S'il rayonne davantage d'énergie dans cette direction, il se produira une pression de radiation par l'intermédiaire d'un champ de force, c'est à dire une poussée vers l'extérieur ou un effet d'attraction. Mais si le rayonnement est moindre, il peut équilibrer la force attractive du proton en un point privilégié, de sorte qu'un électron y restera captif. Toute tentative pour le déloger doit faire intervenir une force qui justifie finalement la force des liaisons chimiques et même à plus grande distance la force de Van der Waals. 

En présence d'un proton qui rayonne des ondes dans des directions privilégiées, on peut donc s'attendre à ce que ces effets se côtoient sur huit axes différents. Très clairement, un cône d'ombre provoque un effet d'attraction sur n'importe quel corps chargé ou non.

J'ai identifié cette force en août 2004, mais ce n'est qu'en juillet 2005 que j'ai réalisé qu'il s'agissait d'une force nucléaire. Comme toutes les forces, elle se justifie par la présence de champs de force.

C'est donc cette même force qui est responsable des forces de Van der Waals, puisqu'à plus grande distance les cônes d'ombre peuvent influencer une molécule entière et pas seulement un électron. Ces cônes peuvent vraisemblablement contenir plus d'un électron l'un à la suite de l'autre s'il s'agit d'un atome lourd.

Contrairement aux autres couches plus profondes de l'atome, cette couche est beaucoup plus élastique. Elle permet aux molécules de vibrer fortement sans se dissocier de manière à produire de la chaleur au moment où les liaisons se font ou se défont. De plus, elle n'est pas soumise à la diffraction de Fresnel qui par son "nombre de Fresnel" permet à la lumière de présenter des propriétés quantiques. Par contre, il se peut que le rayonnement infrarouge soit attribuable uniquement aux électrons présents dans les cônes d'ombre.

Le proton rayonne ses ondes dans des directions privilégiées.

Comme l'électron, le proton présente indiscutablement des propriétés ondulatoires. Mais puisqu'on y a vu trois quarks, c'est à dire au minimum trois entités distinctes, il est bien évident que contrairement à l'électron, il ne peut pas rayonner à partir d'un seul centre. Il est donc fait d'émetteurs multiples. Comme on l'a vu plus haut, on postule ici qu'il est fait de six électrons disposés sur les sommets d'un octaèdre régulier. De plus, on y a vu des champs gluoniques, un pseudo-spin et des charges dites de couleur, ce qui donne à penser que ce qu'on a nommé un quark est loin d'avoir une structure aussi simple que l'électron. 

D'autre part, il est bien connu que deux émetteurs ou plus, s'ils sont synchronisés, présentent un diagramme de rayonnement caractérisé par des lobes. Voici par exemple comment rayonnent deux émetteurs omnidirectionnels alimentés en phase, s'ils sont distants d'une longueur d'onde :

Ainsi donc, le proton ne peut pas rayonner son énergie uniformément tout autour de lui. On peut s'attendre à ce que son diagramme de rayonnement présente des lobes, c'est à dire zones d'intensité maximum, mais aussi des zones d'intensité minimum. C'est pour cette raison qu'un noyau d'atome fait de protons et de neutrons présente les cônes d'ombre montrés plus haut.

On constate aussi que la période de ces ondes (qui sont stationnaires à faible distance) varie selon l'angle, ce qui explique assez bien les spins aux tiers des quarks et leur charge de couleur. Il faut réaliser que le proton est invisible et que ce qu'on en a vu relève beaucoup plus de l'interprétation que de la certitude.

L'unique positron placé au centre du proton émet uniformément tous azimuts, et constamment en quadrature, des ondes sphériques qui lui permettent de justifier une force de Coulomb égale à celle de l'électron. Les électrons des quarks émettant de la même manière, on doit présumer que les électrons et les positrons y sont en nombre égal, ce qui suppose un certaine asymétrie puisqu'il est impossible de les disposer régulièrement sur les six sommets de l'octaèdre.

Mais le problème est plus complexe, parce que ces six électrons provoquent la formation de 15 champs gluoniques, sous la forme d'ellipsoïdes très allongés faits d'ondes stationnaires planes. Or la masse de chacun de ces champs vaut plusieurs fois celle d'un seul électron, et l'énergie qu'ils rayonnent est donc également beaucoup plus grande. On a vu que chacun des champs rayonne dans les deux sens des faisceaux d'ondes relativement étroits uniquement sur l'axe des électrons qui les ont formés de manière à laisser dans l'ombre huit directions privilégiées qu'on nomme ici les cônes d'ombre.

Les 15 champs gluoniques rayonnent des faisceaux d'ondes.

Il ressort clairement de la page précédente qu'un champ gluonique représente une masse très supérieure à celle d'un électron. C'est pourquoi les 15 champs gluoniques représentent la quasi-totalité de la masse du proton, qui équivaut à celle de 1836 électrons. Un champ gluonique prélève beaucoup plus d'énergie à même les ondes de l'éther, mais il ne la rayonne que sur son axe, d'où un effet d'attraction très intense partout ailleurs qui explique bien son nom. En effet le mot gluon est tiré de l'anglais glue (qui existe aussi en français) et il signifie : particule collante.

Le rayonnement cumulé des six électrons seuls est insignifiant en comparaison, mais il est évident que les champs gluoniques devraient émettre un rayonnement complexe présentant des lobes similaires.

D'un autre côté, le rayonnement sur l'axe d'un champ gluonique présente certainement des zones d'intensité minimum et maximum très semblables à celles qu'on observe dans le faisceau lumineux d'un laser, à proximité de ce dernier. C'est dû au fait qu'un champ gluonique présente des anneaux qui sont apparentés à ceux de la tache d'Airy, sachant que cette dernière n'a pas seulement un diamètre mais bien une longueur. Même sur l'axe, les ondes subissent périodiquement des interférences destructives, et alors on observe qu'il se produit des zones sombres alternant avec des zones où le rayonnement atteint un maximum.

Il me faudra du temps.

La méthode qui me permet de produire des diagrammes sur les ondes fait appel au principe de Huygens et elle fonctionne bien pour des longueurs d'onde raisonnables. Elle est habituellement très rapide dans le cas d'un télescope ou d'un laser, la source étant plane ou sphérique. S'il n'y a plus de symétrie radiale, il faut ajouter une boucle au programme, ce qui fait que l'algorithme devient plus lent. Et s'il faut évaluer un espace en trois dimensions, les temps de calcul deviennent prohibitifs.

J'utilisais encore vers 1995 un vieil ordinateur 640 K de 1 MHz (sans disque dur !). Malgré sa vitesse fantastique, mon ordinateur actuel a mis une journée entière à produire certains de mes diagrammes. Toutefois, en ce qui concerne les champs gluoniques, il faut considérer des milliers de longueurs d'onde, ce qui conduit à des artéfacts. Ceux-ci peuvent être éliminés grâce au procédé dit du suréchantillonnage, qui est beaucoup plus lent. L'ordinateur pourrait devoir calculer un tel diagramme pendant des mois. Pour l'instant, je ne puis compter que sur mon expérience en optique pour présumer qu'un champ gluonique est semblable à l'ellipsoïde d'Airy qui se forme au foyer d'un télescope, sous réserve qu'il s'agit d'ondes stationnaires, et que ses anneaux sont sans doute plus accentués.

On sait que seule, une ouverture dite apodisée selon la courbe de distribution normale produit une tache d'Airy sans anneaux, et ce n'est pas le cas ici. Sur l'axe, le rayonnement d'un champ gluonique et donc d'un proton doit aussi présenter périodiquement des zones de faible intensité. Celles-ci sont capables de capturer un autre proton à très faible distance, mais aussi toute une file d'électrons sur différentes couches atomiques, à beaucoup plus grande distance.

La zone la plus éloignée devrait être la plus intense, donc la plus énergétique. Les autres deviendraient de plus en plus faibles, et l'on peut penser qu'à proximité du noyau, les turbulences extrêmes ne permettent plus la capture des électrons. Les deux premiers électrons les plus près du noyau de l'atome semblent obéir à des lois totalement différentes qu'il restera à évaluer.

La matière est faite d'ondes, © Gabriel Lafrenière, juin 2002.