Interaction forte
Qu'est-ce qui assure la cohésion du noyau atomique ? Les protons, chargés positivement, se repoussent mutuellement et le noyau devrait donc éclater. La force gravitationnelle est attractive mais elle est 1040 fois plus faible que la force électromagnétique. Il doit donc s'agir d'une interaction nouvelle, dont l'intensité doit être bien supérieure à celle de la force électromagnétique pour vaincre la répulsion des protons, et dont la portée doit être assez courte, de l'ordre des dimensions du noyau atomique (10-15 m), sans quoi les protons et les neutrons de l'Univers s'aggloméreraient en une énorme boule.
C'est Werner Heisenberg qui développe les premiers éléments de la théorie de l'interaction forte : en 1932, il remarque que si l'on néglige la charge électrique et la faible différence de masse, le neutron et le proton se comportent presque de la même manière. Il les appelle nucléons car ils se trouvent dans le noyau atomique.
Werner Heisenberg (1901-1976), physicien allemand, professeur aux universités de Göttingen, Leipzig et Berlin. Il découvre le principe d'incertitude qui porte son nom, pose les bases du formalisme mathématique de la mécanique quantique et introduit la notion d'isospin. En collaboration avec Niels Bohr, il formule l'interprétation de la mécanique quantique. Prix Nobel de physique en 1932.
Les progrès de la mécanique quantique permettent à Hideki Yukawa d'élaborer en 1935 la première théorie de l'interaction forte : elle serait due à l'échange de particules appelées mésons entre deux nucléons, à la manière de deux joueurs de tennis s'échangeant une balle. À partir de la portée de l'interaction forte, Yukawa réussit à estimer la masse du méson. On entreprend alors de mettre en évidence cette particule expérimentalement.
Hideki Yukawa (1907-1981), physicien japonais, professeur aux universités d'Osaka, Kyoto, Columbia et à l'Institute of Advanced Study Princeton. Il propose la première théorie de l'interaction forte et émet l'hypothèse du méson. Prix Nobel de physique en 1949.
Ironie du sort, on identifia par erreur le méson à la particule mu (μ, ou muon), découverte dans les rayons cosmiques en 1936. Il fallut plusieurs expériences pour corriger cette erreur et identifier correctement ce méson comme étant le méson π (ou pion).