Peut-on couper un atome au couteau ?

Sur TikTok, Instagram et X, une blague circule : des internautes se mettent en scène en train de trancher un aliment, puis « coupent accidentellement un atome »… déclenchant ainsi une explosion nucléaire. Le gag repose sur le principe que tout est fait d’atomes et que « couper un aliment » reviendra, supposément, à couper les atomes qui le composent. Derrière le mème, il y a un vrai sujet de physique : qu’est-ce que « couper un atome », est-ce possible, et si oui, qu’est-ce qui se passerait vraiment ?

Fission, accélérateurs… comment on « casse » vraiment un atome

L’idée de “couper un atome” renvoie immédiatement à la fission nucléaire. Dans les années 1930, les physiciennes et physiciens découvrent que certains noyaux atomiques lourds peuvent se briser en deux noyaux plus légers. Ce phénomène peut se produire spontanément pour certains noyaux, mais il peut aussi être déclenché par l’absorption d’un neutron. En 1938, les expériences d’Otto Hahn et Fritz Strassmann mettent ce phénomène en évidence. C’est Lise Meitner, avec son neveu Otto Frisch, qui en propose l’interprétation théorique : cette “cassure” libère une quantité considérable d’énergie, selon la célèbre relation d’Einstein, E = mc².

Lise Meitner, qui a joué un rôle central dans la compréhension de la fission nucléaire, n’a pas reçu le prix Nobel de chimie de 1944, attribué au seul Otto Hahn. « Encore une femme brillante à qui on a volé son travail », souligne auprès de Sciences et Avenir Emeline Oliveira, post-doctorante dans le département de physique nucléaire à l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (IRFU), au CEA.

C’est ce processus de fission atomique qui est exploité dans les réacteurs nucléaires civils : on bombarde des noyaux d’uranium 235 ou de plutonium 239 avec des neutrons, ce qui provoque leur fission et libère de la chaleur, utilisée pour produire de l’électricité. Les neutrons émis déclenchent à leur tour d’autres fissions : c’est la réaction en chaîne. Dans les bombes atomiques, cette réaction devient incontrôlée, provoquant une explosion. Aujourd’hui, dans les laboratoires, on continue de « casser » des noyaux avec des accélérateurs de particules afin de mieux comprendre leur structure et leur évolution. « On accélère des noyaux plutôt légers, comme des carbones, pour les casser, mais en enlevant juste une partie, pas en les séparant en deux comme dans la fission », décrit la chercheuse.

Dans la vie de tous les jours, peut-on « couper un atome » par accident ? 

Au risque d’en décevoir certains (et d’en rassurer d’autres), la réponse est non. “Avec un couteau, on ne pourra pas couper un atome”, assène la physicienne. Et ce n’est pas qu’une question de technologie, ou de savoir à quel point le couteau est aiguisé… C’est un problème d’échelle. Un atome est en effet essentiellement constitué de vide. Si le nuage électronique était une cathédrale, le noyau ne serait qu’une petite lentille au centre. “La matière, c’est presque 99% de vide, rappelle Emeline Oliveira. La rencontre entre les noyaux du couteau et les noyaux d’une pomme est hautement improbable.”

Lorsqu’on coupe un objet, ce sont les atomes du couteau qui glissent entre les atomes de l’objet, en interagissant via les forces électromagnétiques. « Il y a une des quatre forces fondamentales de l’univers, l’interaction électromagnétique, qui fait que les atomes entre eux vont pouvoir se repousser, poursuit Emeline Oliveira. À cela s’ajoute un principe de mécanique quantique, le principe d’exclusion de Pauli, une loi quantique qui empêche les électrons des deux matériaux de se retrouver exactement au même endroit. Ensemble, ces deux effets empêchent les atomes de se superposer. Sous l’effet de la pression exercée par la lame, les liaisons entre les atomes du matériau se rompent progressivement : l’objet se sépare en deux sans que les atomes eux-mêmes soient coupés. Tout ça fait qu’on ne touche jamais vraiment quelque chose. Quand on est assis sur un canapé, on ne touche jamais le canapé à proprement parler, puisque nos atomes ne peuvent pas se toucher.”

Et si… on y arrivait quand même ? 

Imaginons, malgré tout, un scénario purement fictif : quelqu’un a réussi d’une manière ou d’une autre, à “couper” un atome en deux, c’est-à-dire à provoquer la fission d’un noyau isolé, ici et maintenant, dans sa cuisine. Est-ce que cela créerait automatiquement une explosion ? 

“Non, et heureusement !”, reprend la chercheuse. La fission d’un seul noyau libère en réalité peu d’énergie et seulement à l’échelle microscopique. C’est la fission d’un très grand nombre de noyaux qui dégage suffisamment d’énergie pour provoquer une catastrophe. “En exagérant fortement l’effet, on pourrait imaginer voir un petit flash de lumière, comme un flash d’appareil photo, et peut-être que ça chaufferait un peu aussi”, poursuit la scientifique. Rien de comparable avec une explosion nucléaire. “La Nature est bien faite, parce que sinon, ça veut dire qu’on pourrait être capable de détruire la matière. Et si on pouvait détruire les briques élémentaires de la matière, qu’est-ce qui deviendrait de nos propres corps ?”, interroge la physicienne…