Les neutrons libres en vol ne sont pas déviés par les champs électriques.Les objets qui ne sont pas déviés par les champs électriques sont électriquement neutres.

L'énergie de la forte interaction proton-neutron varie avec la distance d'une manière différente de celle d'une interaction électrique.Dans une interaction entre deux charges électriques, l'énergie potentielle varie avec la distance comme $ 1 / r $ .Dans l'interaction forte, l'énergie varie comme $ e ^ {- r / r_0} / r $ , où le paramètre range $ r_0 $ est lié à la masse du pion.Cette structure signifie que l'interaction forte s'arrête effectivement à des distances beaucoup plus grandes que $ r_0 $ et explique pourquoi les noyaux fortement liés sont plus compacts que les atomes liés électriquement./ p>

Supposons que la force nucléaire forte soit plutôt causée par des interactions coulombiennes. Puisque nous savons à quel point les énergies de liaison sont fortes (de l'ordre de $ \ sim 1 \ \ text {MeV} $ , comme on peut le glaner par exemple, en regardant un table des énergies des particules alpha) et à quelle distance les nucléons sont séparés (environ un rayon de proton, ou $ a_p \ sim1 \ \ text {fm} $ ) nous savons à quel point les neutrons doivent l'être.

Une estimation rapide est donnée en laissant la charge sur le neutron être $ - Ze $ alors l'énergie de liaison est d'ordre:

$$ \ frac {Ze ^ 2} {4 \ pi \ epsilon_0 a_p} \ sim 1 \ \ text {MeV} $$

Cela donne $ Z \ sim 0.7 $ qui est ridiculement grand et aurait été remarqué dans des expériences de chemins de neutrons dans des champs électriques comme indiqué dans la réponse de @ rob.

C'est-à-dire: la limite expérimentale directe sur la charge du neutron est suffisamment basse pour que l'énergie de liaison électrostatique ne puisse pas rendre compte de l'énergie de liaison nucléaire.

La réponse de Rob est la plus simple et probablement la meilleure, mais permettez-moi d'ajouter une autre approche.

Nous savons que les noyaux sont constitués de protons et de neutrons. Les protons se repoussent, mais d'une manière ou d'une autre, si vous les rapprochez suffisamment, ils collent extrêmement fort. Cela suggère déjà qu'il y a une autre force en jeu! Ainsi, même si vous ignoriez complètement les neutrons, vous auriez besoin d'une force puissante qui surmonte l'électromagnétisme à des distances suffisamment petites. Bien sûr, le noyau multi-protons le plus simple, le diproton, est relativement instable - mais il est toujours suffisamment stable pour permettre à notre Soleil de fonctionner; il dure assez longtemps pour que l'un des protons se transforme très rarement en neutron, formant le deutérium stable. Fait intéressant, si la force forte était un peu plus forte, le diproton (He-2) serait stable.

Maintenant, les neutrons sont relativement faciles à expérimenter - vous pouvez tirer des neutrons libres sur des cibles et voir ce qui se passe. Si vous tirez un électron à travers une chambre à brouillard, il laissera une trace sur son chemin (c'est l'un des principaux moyens par lesquels nous observons de très petites quantités de choses). Si vous ajoutez un champ électrique, le chemin de l'électron sera dévié - il sera attiré ou repoussé par la source du champ (par exemple un aimant). Le neutron ne l'est pas.

Mais c'est ce que Rob a déjà dit, alors supposons que nous ne pouvons pas observer les neutrons libres de cette façon. Le comportement du neutron serait-il cohérent avec l'électromagnétisme?

Les neutrons n'affectent généralement pas la chimie. Mais s'ils équilibraient la charge électromagnétique des protons, le nombre d'électrons dans un atome dépendrait à la fois du nombre de protons et neutrons (plus de neutrons signifierait moins d'électrons). Vous n'auriez pas d'isotopes (ou plutôt, cela signifierait quelque chose de différent). Donc, pour que cela fonctionne, vous devez en quelque sorte avoir les électrons pour ignorer la charge du neutron. Cela signifie déjà que vous devez avoir une autre force, qui n'affecte pas les électrons.

Mais continuons malgré cette impossibilité. Si les neutrons avaient une forte charge électromagnétique négative (qui ignorait en quelque sorte les électrons), ils seraient très fortement attirés par les noyaux atomiques. Ce n'est pas ce que nous observons réellement - vous devez frapper le neutron essentiellement directement sur le noyau pour le faire absorber (la zone cible s'appelle la section efficace du neutron). Les neutrons libres ne pénétreraient pas beaucoup dans la matière, car même les neutrons se déplaçant très rapidement seraient rapidement déviés ou absorbés par les noyaux.

L'hélium-3 et l'hélium-4 sont stables. Mais ils ont le même nombre de protons, tandis que l'un a un seul neutron et l'autre en a deux. Mais si les neutrons attirent les protons par la force électromagnétique, ils doivent également se repousser. Quelle que soit la charge que vous définissez pour le neutron, il devrait être en mesure d'équilibrer la charge des deux protons essayant de se repousser, mais en même temps, ajouter un autre neutron serait ne pas provoquer l’effondrement du noyau. Et rappelez-vous que nous ignorons toujours les électrons - d'une manière ou d'une autre, bien que les protons ne se repoussent pas grâce à la charge négative du neutron, les électrons sont toujours attirés et liés au noyau.

Enfin, si les neutrons fonctionnaient réellement comme vous le dites, nous aurions déjà une fusion nucléaire! Ce serait encore plus facile que la fission nucléaire. En effet, dans votre scénario, la fission nucléaire serait presque impossible, tandis que la fusion serait triviale. Laisser tomber un neutron libre dans un atome cible libérerait d'énormes quantités d'énergie. En fait, les noyaux s'agglutineraient spontanément même dans des conditions standard - un noyau d'hydrogène serait repoussé d'un autre noyau d'hydrogène, mais dès que vous ajoutez un neutron dans le mélange, son attraction serait nécessairement beaucoup plus grande que la répulsion entre les protons. Un deutéron se combinerait spontanément avec un noyau d'hydrogène libre, à température et pression ambiantes, libérant de grandes quantités d'énergie.

Si nous remplaçions par magie la force forte par une charge électromagnétique sur le neutron (tout en gardant la même énergie de liaison dans les noyaux existants), toute la matière autour de vous s'effondrerait en un noyau massif à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, tout en libérant d'énormes quantités d'énergie, avant que tout ne s'effondre dans d'énormes trous noirs.

Pour expliquer les observations, vous avez besoin d'une force très forte entre les protons et les neutrons à de très courtes distances, mais qui n'affecte pas les électrons et diminue très rapidement après une certaine distance critique. Nous appelons cette force la force nucléaire puissante. C'est l'explication la plus simple qui correspond à toutes les données observées (et qui a fait ses preuves à maintes reprises avec des prédictions avancées qui ont été confirmées par l'expérience), donc elle «gagne».

Fait intéressant, on pense que la soi-disant force faible est encore plus forte que la force forte - mais seulement sur des distances encore plus courtes. Ces deux comportements étranges ont été essentiels pour élargir notre compréhension du fonctionnement de l'univers.

Comme l'a souligné Richard Feynman dans ses conférences «Le caractère de la loi physique», le test ultime pour décider si une théorie est correcte ou non est l'expérience. Rob a correctement déclaré qu'il existe des preuves solides suggérant l'interaction nulle entre un neutron et une influence électrique externe. Des mesures sur les masses et les charges électriques de plusieurs composants atomiques ont été effectuées avec une précision croissante, l'expérience de la goutte d'huile de Robert Millikan et d'autres comme celle-ci (la chambre à brouillard de Wilson) étant raisonnablement convaincantes sur la nature «granulaire» de la charge électrique.

Au fur et à mesure que la précision commençait à s'améliorer, il était possible de tester des hypothèses telles que la nature composée d'un noyau atomique, de sorte qu'en empruntant à la chimie le concept d'isotope, les expériences ont donné force à la proposition du neutron comme "compagnon" du proton à l'intérieur du noyau. Une autre hypothèse faite avec ces nouvelles considérations s'est avérée expérimentalement correcte, il y avait donc de plus en plus de preuves de penser que le neutron était une particule sans charge électrique nette.

Il n'y a cependant aucune raison de prendre ce fait comme un axiome; comme Einstein l'a dit une fois, "aucune expérimentation ne peut jamais me donner raison; une seule expérience peut me prouver le contraire". Jusqu'à présent, le comportement neutre du neutron s'est avéré correct.

Les neutrons ne sont pas attirés par les protons «comme on pourrait s'y attendre de particules de charge opposée».

1) La force d'attraction entre les neutrons et les protons ne fonctionne que sur une très petite plage, alors que la force entre les particules de charge opposée ne fonctionne pas.

2) La force d'attraction entre des particules de charge opposée agit comme une force de répulsion entre des particules de même charge. Les neutrons ne se repoussent pas électriquement, ils ne peuvent donc pas avoir de charge électrique nette.

3) Plus généralement, comme Rob l'a dit, les particules chargées sont accélérées par les champs électriques et les neutrons ne le sont pas.

Nonobstant ce qui précède, vous conviendrez peut-être que les neutrons n'ont pas de charge électrique nette, mais discutez s'ils pourraient être constitués de particules plus petites avec des charges électriques opposées qui s'annulent, et donc être attirés vers les protons par une force électromagnétique d'une manière semblable à l'attraction entre les atomes neutres dans les molécules. Cela aussi serait erroné car l'ampleur de la force forte est assez différente.

En résumé, il n'y a pas de fin de justification théorique et expérimentale pour considérer que l'attraction entre les neutrons et les protons est autre chose qu'une force causée par une charge électrique.